بازگشت بینایی از دست رفته با یک حسگر پیشرفته! - جملات زیبا

آشکارسازهای نوری حساس به نورهای قرمز، سبز و آبی، از سلول های مخروطی چشم ما تقلید می نمایند. این در حالی است که الگوریتم نورومورفیک، شبکه عصبی ما را برای پردازش اطلاعات و تبدیل کردن آنها به تصاویر با کیفیت بالا شبیه سازی می نماید. برخلاف دوربین های مدرن که به فیلترهای بیرونی احتیاج دارند، این فناوری می تواند وضوح تصویر را بهبود ببخشد و هزینه های ساخت را کاهش دهد. بعلاوه، این دستگاه با جذب نور الکتریسیته فراوری می نماید که به ارائه یک دوربین بدون باتری می انجامد.

دانشمندان دانشگاه پنسیلوانیا(Penn State) با الهام از طبیعت، دستگاه تازهی ساخته اند که با تقلید از گیرنده های نور قرمز، سبز، آبی و شبکه عصبی چشم انسان، تصاویری را فراوری می نماید.

کای وانگ(Kai Wang)، دانشیار پژوهشی در گروه علوم و مهندسی مواد دانشگاه پنسیلوانیا گفت: ما این طرح را از طبیعت الهام گرفتیم. شبکیه چشم ما حاوی سلول های مخروطی است که به نورهای قرمز، سبز و آبی حساس هستند و یک شبکه عصبی را در بر دارد که حتی پیش از اینکه اطلاعات به مغز منتقل شوند، پردازش آنچه را که می بینیم، شروع می نماید. این روند طبیعی، دنیای رنگارنگی را ایجاد می نماید که ما می توانیم ببینیم.

برای دستیابی به این هدف در یک دستگاه مصنوعی، دانشمندان یک حسگر تازه حاوی آشکارسازهای نوری باریک پروسکایت را ابداع کردند که مشابه سلول های مخروطی ما است و آن را به یک الگوریتم نورومورفیک متصل می سازد که برای پردازش اطلاعات و فراوری تصاویر با کیفیت بالا، از شبکه عصبی ما تقلید می نماید.

آشکارسازهای نوری، انرژی نور را به سیگنال های الکتریکی تبدیل می نمایند و برای دوربین ها و بسیاری از فناوری های نوری دیگر ضروری هستند. به گفته دانشمندان، آشکارسازهای نوری باریک می توانند روی بخش های جداگانه طیف نور مانند رنگ های قرمز، سبز و آبی که نور مرئی را تشکیل می دهند، تمرکز نمایند.

بیشتر بخوانید:

• راه حل عجیب و غریب استارت آپ آمریکایی برای پرتاب موشک!

• دوربین آخرین مدل اکسپریا، روی رقبا را کم خواهد نمود؟/ عکس

• گوشی پرچمدار تازه اپل با طراحی متفاوت و قابلیت استثنایی شارژ معکوس

وانگ ادامه داد: ما در این پژوهش، روش تازهی را برای طراحی مواد پروسکایت یافتیم. ما سه ماده متفاوت پروسکایت را به گونه ای طراحی کردیم که فقط می توانند به رنگ های قرمز، سبز یا آبی حساس باشند.

به گفته دانشمندان، این فناوری ممکن است نشان دهنده راهی برای استفاده از فیلترهای موجود در دوربین های مدرن باشد که وضوح را کاهش می دهند و هزینه و پیچیدگی ساخت را بالا می برند.

آشکارسازهای نوری سیلیکونی به کار رفته در دوربین ها، نور را جذب می نمایند اما رنگ ها را تشخیص نمی دهند. یک فیلتر بیرونی، رنگ های قرمز، سبز و آبی را از هم جدا می نماید و فیلتر فقط به یک رنگ اجازه می دهد به همه بخش های حسگر نور برسد. بدین ترتیب، دو سوم نور ورودی هدر می رود.

وانگ گفت: هنگامی که نور فیلتر می گردد، مقداری از اطلاعات از دست می روند اما با استفاده از طراحی ما می توان از آن جلوگیری کرد. بنابراین، ما باور داریم این پژوهش ممکن است نویدبخش ابداع یک روش سنجش دوربین در آینده باشد که می تواند به افراد یاری کند تا وضوح بالاتری را به دست بیاورند.

از آنجا که دانشمندان از مواد پروسکایت استفاده کردند، باور دارند که دستگاه های تازه با جذب نور، انرژی فراوری می نمایند و شاید روزنه ای را به روی فناوری دوربین بدون باتری بگشایند.

لویائو ژنگ(Luyao Zheng)، پژوهشگر مقطع فوق دکتری دانشگاه پنسیلوانیا گفت: ساختار این دستگاه شبیه به سلول های خورشیدی است که از نور برای فراوری برق استفاده می نمایند. هنگامی که به دستگاه نور بتابد، جریانی را فراوری می نماید. بنابراین، برای گرفتن این اطلاعات از نور احتیاجی به استفاده از انرژی نداریم.

این پژوهش می تواند به پیشرفت بیشتر بیوتکنولوژی شبکیه مصنوعی نیز یاری کند. به گفته دانشمندان، دستگاه های مبتنی بر این فناوری روزی می توانند جایگزین سلول های مرده یا آسیب دیده چشم ما شوند تا بینایی را دوباره به دست بیاورند.

دانشمندان خاطرنشان کردند که یافته های این پژوهش، چندین پیشرفت اساسی را در تحقق دستگاه های تشخیص نور پروسکایت نشان می دهد که در زمینه های گوناگون، از فراوری مواد گرفته تا طراحی دستگاه و نوآوری در سیستم ها کاربرد دارند.

پروسکایت ها نیمه رسانا هستند و هنگامی که نور به این مواد برخورد می نماید، جفت الکترون-حفره را به وجود می آورد. ارسال این الکترون ها و حفره ها در جهت مخالف، همان چیزی است که جریان الکتریکی را فراوری می نماید. دانشمندان در این پژوهش، پروسکایت های نازکی را ایجاد کردند که انتقال الکترون-حفره در آنها نامتعادل بود؛ به این معنی که حفره ها سریع تر از الکترون ها در مواد حرکت می کردند. دانشمندان دریافتند که با دستکاری ساختار پروسکایت های نامتعادل یا نحوه چیدمان لایه ها می توانند ویژگی هایی را مهار نمایند تا مواد به آشکارسازهای نوری باریک تبدیل شوند.

آنها با استفاده از این مواد، یک حسگر را ابداع کردند و یک پروژکتور را برای تابش تصویر در دستگاه به کار بردند. اطلاعات جمع آوری شده در رنگ های قرمز، سبز و آبی، به یک الگوریتم نورومورفیک وارد شد تا به پردازش سیگنال و بازسازی تصویر بپردازد.

الگوریتم های نورومورفیک، نوعی فناوری محاسباتی هستند که از عملکرد مغز انسان تقلید می نمایند. وانگ گفت: ما روش های متفاوتی را برای پردازش داده ها امتحان کردیم. ما کوشش کردیم مستقیما سیگنال های منتشر شده از سه رنگ را ادغام کنیم اما تصویر خیلی واضح نبود. در مقابل، وقتی این پردازش نورومورفیک را انجام می دهیم، تصویر به دست آمده بسیار نزدیک تر به تصویر اصلی است.

به گفته دانشمندان، از آنجا که این الگوریتم از شبکه عصبی شبکیه انسان تقلید می نماید، یافته های پژوهش آنها می توانند اطلاعات تازهی را در خصوص اهمیت این شبکه های عصبی برای بینایی ما ارائه دهند. وانگ اضافه نمود: با ملحق کردن دستگاه خود و این الگوریتم به یکدیگر، می توانیم نشان دهیم که عملکرد شبکه عصبی برای پردازش بینایی در چشم انسان بسیار مهم است.

58321