|
|
| Nhóm nghiên cứu cho biết cảm biến "có tiềm năng lớn cho các ứng dụng trong tương lai trong các lĩnh vực cảm biến trí tuệ nhân tạo như lái xe tự động và robot sinh học". Ảnh: Shutterstock. |
Một nhóm các nhà khoa học Trung Quốc đã sử dụng “chấm lượng tử” bán dẫn để phát triển một cảm biến thị giác có khả năng thích ứng với những thay đổi ánh sáng cực đoan nhanh hơn cả mắt người.
Cảm biến thị giác sinh học này có thể thích nghi với sự thay đổi đột ngột giữa tối và sáng trong khoảng 40 giây, so với từ 2 đến 30 phút ở mắt người.
Khả năng điều chỉnh độ nhạy để nhận diện vật thể và tạo ảnh tốt hơn giúp cảm biến này có thể được ứng dụng trong các công nghệ thế hệ mới, chẳng hạn như hệ thống điện toán mô phỏng não người.
“Cảm biến có chức năng thích nghi thị giác được đề xuất trong nghiên cứu này có tiềm năng lớn trong các ứng dụng trí tuệ nhân tạo, như lái xe tự động và robot sinh học”, nhóm nghiên cứu cho biết trong một bài báo đăng ngày 1/7 trên tạp chí bình duyệt Applied Physics Letters của Viện Vật lý Mỹ.
Hệ thống thị giác mới này cũng có thể khắc phục các vấn đề mà các hệ thống hiện nay đang gặp phải, giúp xử lý nhanh hơn và tiêu thụ ít năng lượng hơn, theo nhóm nghiên cứu từ Đại học Phúc Châu.
Hệ thị giác của con người – bao gồm võng mạc, dây thần kinh thị giác và vỏ não thị giác – có khả năng thích ứng với các thay đổi ánh sáng cực đoan và “ghi nhớ” những điều kiện này để lần sau thích nghi nhanh hơn.
Một yếu tố trong thị giác con người là hiện tượng phân hủy của protein nhạy sáng rhodopsin khi tiếp xúc với ánh sáng mạnh, làm giảm độ nhạy của tế bào que – các thụ thể chủ yếu hoạt động trong điều kiện thiếu sáng.
Khi đó, các tế bào nón – nhạy với ánh sáng mạnh – sẽ thay thế vai trò của tế bào que. Rhodopsin sau đó sẽ được tái tạo trong bóng tối, giúp tế bào que phục hồi lại độ nhạy.
Các hệ thống thị giác máy truyền thống – tức các hệ thống giúp máy móc “nhìn thấy” – hiện vẫn gặp nhiều vấn đề, bao gồm tạo ra dữ liệu dư thừa làm chậm xử lý và tiêu tốn nhiều điện năng.
Các hệ thống này cũng gặp khó khăn khi thu được hình ảnh rõ nét, tương phản cao trong điều kiện quá tối hoặc quá sáng, nhóm nghiên cứu cho biết.
Lấy cảm hứng từ cách võng mạc con người cảm nhận và thích nghi với ánh sáng, nhóm nghiên cứu đã phát triển một cảm biến có hành vi thích nghi tương tự.
Chìa khóa của cảm biến là việc sử dụng các chấm lượng tử – những tinh thể nano bán dẫn có thể chuyển đổi ánh sáng thành tín hiệu điện một cách hiệu quả và thích nghi với thay đổi ánh sáng cực đoan.
“Điểm đổi mới của chúng tôi là thiết kế các chấm lượng tử có thể giữ điện tích lại như bọt biển giữ nước và giải phóng khi cần – tương tự như cách mắt người lưu trữ sắc tố nhạy sáng để dùng trong điều kiện thiếu sáng”, ông Diệp Vân, nhà nghiên cứu tại Đại học Phúc Châu, nói trong thông cáo báo chí của Viện Vật lý Mỹ.
Cảm biến được chế tạo bằng cách nhúng các chấm lượng tử sunfua chì vào lớp polymer và oxit kẽm.
Để đánh giá cảm biến, nhóm đã tạo ra một hệ thống thị giác gồm mảng cảm biến cùng với một mạng nơ-ron nhân tạo ba lớp.
Họ phát hiện rằng sau khi thích nghi với ánh sáng, độ chính xác trong nhận diện hình ảnh của thiết bị tăng 60% khi thích nghi từ bóng tối và tăng 42% khi thích nghi từ ánh sáng.
“Thiết bị thể hiện hành vi thích nghi thị giác rõ rệt trong phạm vi thay đổi cường độ ánh sáng rộng, đạt được hiệu ứng giảm nhạy độc đáo tương tự như hành vi tự bảo vệ của hệ thị giác con người”, nhóm nghiên cứu cho biết. “Vì vậy, cảm biến thị giác thích nghi này cung cấp một phương pháp để tăng độ tin cậy cho thị giác máy trong các điều kiện ánh sáng khắc nghiệt”.
Theo ông Diệp, thiết bị có khả năng xử lý sơ bộ thông tin ánh sáng để giảm tải tính toán, tương tự như chức năng của võng mạc người.
Nhóm nghiên cứu cho biết thiết bị thị giác này có thể được ứng dụng để phát triển các hệ thống thị giác sinh học thế hệ tiếp theo, với “tiềm năng lớn” trong các lĩnh vực như lái xe thông minh và hệ thống điện toán mô phỏng con người.