Исследовательская группа под руководством доцента Такаси Икуно из Токийского университета науки создала революционный искусственный синапс, который имитирует человеческое цветовое зрение и при этом самостоятельно генерирует энергию. Статья, опубликованная в Scientific Reports 12 мая 2025 года, демонстрирует, как эта технология может преобразить системы машинного зрения в устройствах с ограниченными ресурсами.
В отличие от традиционных оптоэлектронных систем, требующих внешних источников питания и значительных вычислительных ресурсов, это самопитающееся устройство интегрирует два различных красочно-сенсибилизированных солнечных элемента, реагирующих по-разному на различные длины волн света. Синапс демонстрирует биполярные отклики по напряжению — положительный для синего света и отрицательный для красного, что позволяет ему различать цвета с впечатляющим разрешением в 10 нанометров по всему видимому спектру.
Такое поведение, зависящее от длины волны, позволяет устройству выполнять сложные логические операции, включая AND, OR и XOR, в рамках одного компонента, достигая шестибитного разрешения с 64 уникальными состояниями. При тестировании в физической архитектуре reservoir computing система успешно классифицировала движения человека, записанные в разных цветах, с впечатляющей точностью 82% при использовании всего одного синапса — по сравнению с несколькими фотодиодами, необходимыми в традиционных подходах.
«Результаты демонстрируют огромный потенциал применения этого оптоэлектронного устройства нового поколения в низкопотребляющих системах искусственного интеллекта с функцией визуального распознавания», — отмечает доктор Икуно. Области применения технологии охватывают множество отраслей: от автономных транспортных средств, способных эффективно распознавать сигналы светофора при минимальном расходе батареи, до медицинских носимых устройств, отслеживающих жизненные показатели при минимальном энергопотреблении.
Имитация избирательной фильтрации человеческой зрительной системы, а не обработки каждого отдельного элемента, делает эту инновацию значительным шагом на пути к внедрению сложных возможностей компьютерного зрения в периферийные устройства — такие как смартфоны, дроны и AR/VR-системы. Исследовательская группа видит в этой технологии вклад в будущее, где повседневные устройства смогут видеть и интерпретировать окружающий мир почти по-человечески, но с гораздо меньшими энергетическими затратами.