Революция в искусственном зрении - простое «умное» стекло без датчиков

Инженеры разработали метод создания «умного» стекла, которое может распознавать изображения, не требуя каких-либо датчиков, схем или источников питания.

Сложная технология, которая обеспечивает распознавание лиц во многих современных смартфонах, может когда-нибудь получить высокотехнологичное обновление, которое звучит - и выглядит - на удивление низкотехнологичным.

Это окно в будущее - не что иное, как кусок стекла. Инженеры Университета Висконсин-Мэдисон разработали метод создания кусочков «умного» стекла, которое может распознавать изображения без каких-либо датчиков, цепей или источников питания.

«Мы используем оптику, чтобы объединить обычные настройки камер, датчиков и глубоких нейронных сетей в один кусок тонкого стекла», - говорит профессор электротехники и вычислительной техники Зонгфу Ю.

Ю и его коллеги опубликовали подробности своего исследования в журнале Photonics Research.

Внедрение искусственного интеллекта в инертные объекты - это концепция, которая на первый взгляд кажется чем-то из научной фантастики. Тем не менее, это прогресс, который может открыть новые границы для электроники с низким энергопотреблением.

Теперь искусственный интеллект поглощает значительные вычислительные ресурсы (и время автономной работы) каждый раз, когда вы смотрите на свой телефон, чтобы разблокировать его с помощью идентификатора лица. В будущем один кусочек стекла может распознать ваше лицо, не используя вообще никакой энергии.

«Это полностью отличается от типичного пути к машинному зрению», - говорит Ю.

Разработка представляет собой кусочки стекла, которые выглядят как полупрозрачные квадраты. Крошечные стратегически расположенные пузырьки и примеси, встроенные в стекло, будут изгибать свет особым образом, чтобы различать различные изображения. Это искусственный интеллект в действии.

credit: https://news.wisc.edu/

 

Для подтверждения концепции инженеры разработали метод изготовления кусочков стекла, которые идентифицировали написанные от руки цифры. Свет, исходящий от изображения числа, попадает на один конец стекла, а затем фокусируется на одном из девяти определенных пятен на другой стороне, каждое из которых соответствует отдельным цифрам.

Стекло было достаточно динамичным, чтобы в режиме реального времени обнаруживать, когда рукописное «3» был изменено на «8».

«Тот факт, что мы смогли получить такое сложное поведение с такой простой структурой, был действительно чем-то, - говорит Эрфан Хорам, аспирант лаборатории Ю.

Проектирование стекла для распознавания чисел было похоже на процесс обучения машинному обучению, за исключением того, что инженеры «обучали» аналоговый материал вместо цифровых кодов. В частности, инженеры поместили пузырьки воздуха разных размеров и форм, а также небольшие куски светопоглощающих материалов, таких как графен, в определенные места внутри стекла.

«Мы привыкли к цифровым вычислениям, но это расширило наш взгляд», - говорит Юй. «Волновая динамика распространения света обеспечивает новый способ выполнения аналоговых искусственных нейронных вычислений»

Одним из таких преимуществ является то, что вычисления полностью пассивны и присущи материалу, а это означает, что один кусок стекла для распознавания изображений можно использовать сотни тысяч раз.

«Мы могли бы использовать стекло в качестве биометрического замка, настроенного на распознавание только лица одного человека», - говорит Юй. «Однажды построенный, он будет длиться вечно, не нуждаясь в электричестве или в Интернете, а это значит, что он может сохранить свои функции даже через тысячи лет».

Кроме того, он работает буквально со скоростью света, потому что стекло различает разные изображения, искажая световые волны.

Хотя предварительный процесс обучения может быть трудоемким и вычислительным, само стекло легко и недорого изготовить.

В будущем исследователи планируют определить, работает ли их подход для более сложных задач, таких как распознавание лиц.

Источник: https://news.wisc.edu/simple-smart-glass-reveals-the-future-of-artificial-vision/