SPIE tərəfindən

Robert Egan tərəfindən redaktə edilib

 Redaktorların qeydləri

 GIST

Tercih edilən mənbə kimi əlavə edin

Nadir torpaq elementləri ilə zənginləşdirilmiş uzunmüddətli parıltı kristalına əsaslanan foton modulyasiyalı sinaptik cihaz həyəcanverici (UB ilə induksiya olunmuş) və inhibitor (yaxın infraqırmızı ilə induksiya olunmuş) plastikliyi asanlaşdırır. Bu sxem optik çıxış kimi lüminesansla həyəcanverici impulsu təsvir edir. Müəllif: Y. Yan və başqaları.

Müasir süni intellekt sistemləri yaddaş və prosessorlar arasında böyük miqdarda məlumatın daşınmasına əsaslanır ki, bu da sürəti məhdudlaşdıran və enerji istifadəsini artıran bir dizayndır. İnsan beyni fərqli şəkildə işləyir: yaddaş və hesablamanı sinapslar daxilində birləşdirir, sürətli və səmərəli öyrənmə və qavrayışa imkan verir. Bu yanaşmanı aparat təminatında təkrarlamaq, xüsusən də real dünya məlumatlarının əksəriyyətinin toplandığı və emal edildiyi görmə kimi tapşırıqlar üçün neyromorfik hesablamanın əsas məqsədidir.

Tamamilə optik süni sinaps

Bu kontekstdə tədqiqatçılar tamamilə işıqla işləyən yeni bir süni sinaps növü hazırlayıblar. Müəyyən mərhələdə hələ də elektrik siqnallarından asılı olan əksər mövcud cihazlardan fərqli olaraq, bu sistem həm məlumat almaq, həm də daxili vəziyyətini yeniləmək üçün optik siqnallardan istifadə edir. Elektrik çevrilmə mərhələlərinin aradan qaldırılması enerji istifadəsini azalda, səs-küyü azalda və xüsusilə də artıq işığa əsaslanan görmə sistemlərində daha sürətli emal etməyə imkan verə bilər.

“Advanced Photonics” jurnalında bildirildiyi kimi , cihaz işıqlandırıldıqdan sonra davamlı parıltı yayan nadir torpaq elementləri ilə zənginləşdirilmiş kristaldan hazırlanmışdır . Bu material optik məlumatı tələyə düşmüş yük daşıyıcıları şəklində saxlaya bilər. İşıq kristalı həyəcanlandırdıqda, bu daşıyıcıların bəziləri dərhal işıq yayır, digərləri isə tələyə düşərək daha sonra sərbəst buraxılır. Bu yollar arasındakı tarazlıq işıqlanma tarixindən asılıdır və bu da materialın bioloji sinapsların keçmiş fəaliyyətə əsasən gücünü necə dəyişdiyini təqlid etməsinə imkan verir.

Tarixdən asılı sinaptik davranışın modelləşdirilməsi

Bu davranışı izah etmək və proqnozlaşdırmaq üçün tədqiqatçılar həyəcanlanmış daşıyıcıların zamanla necə yarandığını, tutulduğunu və sərbəst buraxıldığını izləyən bir model hazırladılar. Model, əvvəlki işığa məruz qalmanın tutulma yerlərinin mövcudluğunu necə dəyişdirdiyini və cihazın sonrakı siqnallara reaksiyasını necə formalaşdırdığını göstərir. Bu tarixdən asılı davranış beyində qısamüddətli sinaptik plastikliyin mərkəzindədir və burada heç bir elektrik nəzarəti olmadan təkrarlanır.

Təcrübələr iki əsas sinaptik funksiyanı təsdiqlədi. Ultrabənövşəyi işığın altında cihaz qoşalaşmış impulsların asanlaşdırılmasını göstərir: ikinci işıq impulsu birincidən sonra gəlirsə, daha güclü çıxış yaradır. Bu, əvvəlki həyəcanlanmanın tələ vəziyyətlərini qismən doldurması və dərhal işıq yayan daşıyıcıların payını artırması səbəbindən baş verir.

Müxtəlif işıq altında iki istiqamətli plastiklik

Yaxın infraqırmızı işıq altında əks effekt yaranır. Birinci impuls tutulan daşıyıcıları boşaldır, buna görə də ikinci impuls qoşalaşmış impuls depressiyası adlanan daha zəif reaksiya yaradır. Birlikdə bu effektlər cihazın həm siqnalları gücləndirməsinə, həm də basdırmasına imkan verir ki, bu da real neyron davranışı üçün tələbdir.

Təcrübə ölçmələri modelin proqnozları ilə üst-üstə düşdü. Tədqiqatçılar həmçinin cihazın reaksiyasının işığın intensivliyini, impuls müddətini və vaxtını tənzimləməklə tənzimlənə biləcəyini göstərdilər. Əlavə testlər müşahidə olunan davranışın sadə qalıcı emissiyadan daha çox materialın tələ vəziyyətlərindən qaynaqlandığını təsdiqlədi və bu da yanaşmanın fiziki əsasını gücləndirdi.

Optik sinapsdan kameraya

Praktik istifadəni araşdırmaq üçün komanda materialı standart silikon görüntüləmə sensoru ilə birləşdirərək prototip neyromorfik kamera yaratdı. Bu sistemdə işığa həssas təbəqə görüntüləri çəkildikcə emal edir. Güclü optik siqnallar zəif siqnallardan daha uzun müddət qalır, səs-küy isə daha tez yox olur. Nəticədə, cihaz ayrı emal addımları olmadan birbaşa sensorda kontrastı artıra və səs-küyü azalda bilər.

Bu sensordaxili emal görüntü tanıma tapşırıqlarında performansı artırdı. Tədqiqatçılar optik sinapsın ölçülmüş davranışından istifadə edərək neyron şəbəkəsini modelləşdirdikdə, səs-küyü azaltdıqdan sonra əl ilə yazılmış rəqəm təsnifatında 95,99% dəqiqlik əldə etdilər. Bu daxili səs-küyün qarşısının alınması olmadan dəqiqlik təxminən 78%-ə düşdü. Nəticə göstərir ki, sensor və emalın inteqrasiyası, onları ayrıca emal edən ənənəvi iş axınları ilə müqayisədə nəticələri yaxşılaşdıra bilər.

Tam optik hesablama üçün perspektivlər

Mövcud cihaz millisaniyədən saniyəyə qədər olan zaman miqyasında işləyir, bu da elektron komponentlərdən daha yavaş, lakin bioloji vizual emalın vaxtına bənzəyir. Müəlliflər cihazın miqyasını kiçiltməklə və material xüsusiyyətlərini dəyişdirməklə həm sürətin, həm də enerji istifadəsinin yaxşılaşdırıla biləcəyini irəli sürürlər.

Tədqiqat, sensor, yaddaş və emalı vahid platformada birləşdirən tam optik hesablama elementlərinə doğru bir yol nümayiş etdirir. Bu cür sistemlər, görüntüləmə, robototexnika və güc və sürətin məhdud olduğu kənar cihazlar da daxil olmaqla, vizual məlumatların səmərəli şəkildə işlənməsini tələb edən tətbiqlərdə faydalı ola bilər.

Nəşr detalları

Yifei Yan və digərləri, Neyromorfik görmə və tanıma üçün iki istiqamətli plastikliyə malik tam foton modulyasiyalı sinaptik cihazlar, Qabaqcıl Fotonika (2026). DOI: 10.1117/1.ap.8.4.046001

Jurnal məlumatı: Qabaqcıl Fotonika 

Əsas anlayışlar

Neyromorfik süni intellekt avadanlığıSPIE tərəfindən təmin edilib