【导语】日本东京理科大学团队在《科学报告》上发表最新成果，成功开发出一种自供电人工突触，其颜色识别能力已接近人眼水平，标志着计算机之“眼”研究取得重要突破。该人工突触通过集成染料敏化太阳能电池实现自供电，不仅大幅降低了能耗，还能以高分辨率区分颜色，展现出在机器视觉领域的巨大应用潜力。未来，这项技术有望广泛应用于自动驾驶、医疗健康和消费电子等领域，推动终端设备在视觉维度上实现更高级别的智能化。
日本东京理科大学团队成功开发出一种具有极高颜色分辨能力的自供电人工突触，其颜色识别能力已经非常接近人眼，标(biāo)志(zhì)着(zhe)人(rén)们(men)在(zài)计(jì)算(suàn)机(jī)之(zhī)“眼(yǎn)”研(yán)究(jiū)领(lǐng)域迈(mài)出(chū)重(zhòng)要(yào)一(yī)步(bù)。相(xiāng)关成(chéng)果(guǒ)已(yǐ)发(fā)表(biǎo)在(zài)最(zuì)新(xīn)一(yī)期(qī)《科(kē)学(xué)报(bào)告(gào)》上(shàng)。
人(rén)工(gōng)智(zhì)能(néng)的(de)快(kuài)速(sù)发(fā)展(zhǎn)对(duì)机(jī)器(qì)视(shì)觉(jué)提(tí)出(chū)了(le)更(gèng)高(gāo)要(yào)求(qiú)。然(rán)而(ér)，处(chù)理(lǐ)每(měi)秒(miǎo)产(chǎn)生(shēng)的(de)大(dà)量(liàng)视(shì)觉(jué)数(shù)据(jù)需(xū)要(yào)消(xiāo)耗(hào)大(dà)量(liàng)电(diàn)力(lì)、存(cún)储(chǔ)空(kōng)间(jiān)和(hé)计(jì)算资源，因此将视觉识别功能应用于智能手机、无人机或自动驾驶汽车等设备极具挑战性。
相比之下，人类天然视觉系统同时拥有高效节能的优点。因为眼睛和大脑并不会对所有视觉信息进行无差别处理，而是会选择性地提取关键特征，从而在保持高效率的同时大幅降低能耗。受此启发，神经形态计算——模仿生物神经系统结构与功能的新型计算方式，被认为在突破传统机器视觉限制方面极具潜力。但目前仍存在两个主要难(nán)题(tí)：一(yī)是(shì)实(shí)现(xiàn)接(jiē)近(jìn)人(rén)眼(yǎn)水(shuǐ)平(píng)的(de)颜(yán)色(sè)识(shi)别(bié)能(néng)力(lì)；二(èr)是(shì)摆(bǎi)脱(tuō)对(duì)外(wài)部(bù)电(diàn)源(yuán)的(de)依(yī)赖(lài)，以(yǐ)最(zuì)大(dà)程(chéng)度(dù)降(jiàng)低(dī)功(gōng)耗(hào)。
为(wèi)真(zhēn)正(zhèng)解(jiě)决(jué)这(zhè)些(xiē)问(wèn)题(tí)，团(tuán)队(duì)设(shè)计(jì)了(le)一(yī)种(zhǒng)新(xīn)颖(yǐng)的(de)人(rén)工(gōng)突(tū)触(chù)系(xì)统(tǒng)。其(qí)集成(chéng)了(le)两(liǎng)种(zhǒng)不(bù)同(tóng)类(lèi)型(xíng)的(de)染(rǎn)料(liào)敏(mǐn)化(huà)太(tài)阳(yáng)能(néng)电(diàn)池(chí)，对(duì)不(bù)同(tóng)波(bō)长(zhǎng)的(de)光(guāng)具(jù)有(yǒu)不(bù)同(tóng)的(de)响(xiǎng)应(yīng)特(tè)性。该装置通过直接转换太阳能来供能，实现了真正的“自供电”。这一特性使其非常适合用于对能源效率要求极高的边缘计算场景。
实验结果显示，该系统能够以10纳米的分辨率区分可见光范围内的颜色，与人眼相当接近。此外，该装置还展现出双极响应特性：在蓝光照射下产生正电压，在红光照射下则产生负电压。这使它能够执行复杂的逻辑运算，而这些操作通常需要多个传统光电元件才能完成。
为了验证其实际应用潜力，团队用它(tā)识(shi)别(bié)以(yǐ)红(hóng)、绿(lǜ)、蓝(lán)三(sān)色(sè)记(jì)录(lù)的(de)不(bù)同(tóng)人(rén)体(tǐ)动(dòng)作(zuò)。结(jié)果(guǒ)表(biǎo)明(míng)，仅(jǐn)用(yòng)单(dān)个(gè)器(qì)件(jiàn)，该(gāi)系(xì)统就能准确分类多达18种颜色与动作组合，识别准确率达到82%。
这项技术有望让日常设备拥有类人视觉，应用前景十分广阔，包括自动驾驶领域、医疗健康设备，以及消费电子领域。
【总编辑圈点】
人眼对色彩的感知，既高效又节能，这得益于数万年的自然进化。通过模仿人类对颜色的识别能力，人工突触技术将重新定义机器“看见”色彩的方式，赋予其接近人类直觉的色彩理解力。在数字社会，相关技术将大有用武之地。试想，应用人工突触技术，机器人所“看到”的颜色将更加接近人类，虚拟现实眼镜所呈现的图像将更加栩栩如生，交通路口的摄像头可以更高效地分辨不同颜色的车辆……这无疑将推动各类终端在视觉维度上，变得更加智能。
（原标题为《计算机之“眼”研究迈出重要一步，人工突触成功模仿人类彩色视觉》）