Группа исследователей под руководством доцента Такаси Икуно из Токийского университета науки создала искусственный синапс, способный революционизировать машинное восприятие окружающего мира. Их инновация, опубликованная в журнале Scientific Reports 12 мая 2025 года, имитирует человеческое цветовое зрение и при этом не нуждается во внешних источниках питания.
В отличие от традиционных систем машинного зрения, которые фиксируют и обрабатывают каждую деталь, требуя значительных энергетических и вычислительных ресурсов, новое устройство функционирует по принципу человеческого глаза. Благодаря интеграции двух различных красочно-сенсибилизированных солнечных элементов, реагирующих на разные длины волн света, искусственный синапс преобразует солнечную энергию в электричество и с высокой точностью различает цвета.
Система способна фиксировать различия в цвете с разрешением 10 нанометров по всему видимому спектру — что приближается к возможностям человеческого зрения. Кроме того, устройство демонстрирует биполярные отклики: под воздействием синего света оно генерирует положительное напряжение, а под красным — отрицательное, что позволяет выполнять сложные логические операции, обычно требующие нескольких традиционных устройств.
Для демонстрации практического применения учёные использовали своё устройство в физической архитектуре reservoir computing для распознавания различных человеческих движений, записанных в красном, зелёном и синем цветах. Система достигла впечатляющей точности в 82% при классификации 18 различных комбинаций цветов и движений, используя всего одно устройство вместо множества фотодиодов, необходимых в обычных системах.
Значение этого исследования охватывает множество отраслей. В автономных транспортных средствах такие устройства могут повысить эффективность распознавания светофоров, дорожных знаков и препятствий. В медицине они могут питать носимые устройства для мониторинга жизненных показателей с минимальным расходом батареи. В потребительской электронике эта технология способна привести к появлению смартфонов и гарнитур дополненной/виртуальной реальности с существенно увеличенным временем автономной работы и сохранением сложных возможностей визуального распознавания.
«Мы считаем, что эта технология поспособствует созданию энергоэффективных систем машинного зрения с возможностями цветового различения, близкими к человеческому глазу», — отметил доктор Икуно. Это достижение является значительным шагом к внедрению эффективного компьютерного зрения в периферийные устройства, позволяя повседневной технике видеть мир так же, как видим его мы.