日本東京理科大學(xué)團(tuán)隊(duì)成功開發(fā)出一種具有極高顏色分辨能力的自供電人工突觸，其顏色識(shí)別能力已經(jīng)非常接近人眼，標(biāo)志著人們?cè)谟?jì)算機(jī)之“眼”研究領(lǐng)域邁出重要一步。相關(guān)成果已發(fā)表在最新一期《科學(xué)報(bào)告》上。

人工智能的快速發(fā)展對(duì)機(jī)器視覺(jué)提出了更高要求。然而，處理每秒產(chǎn)生的大量視覺(jué)數(shù)據(jù)需要消耗大量電力、存儲(chǔ)空間和計(jì)算資源，因此將視覺(jué)識(shí)別功能應(yīng)用于智能手機(jī)、無(wú)人機(jī)或自動(dòng)駕駛汽車等設(shè)備極具挑戰(zhàn)性。

相比之下，人類天然視覺(jué)系統(tǒng)同時(shí)擁有高效節(jié)能的優(yōu)點(diǎn)。因?yàn)檠劬痛竽X并不會(huì)對(duì)所有視覺(jué)信息進(jìn)行無(wú)差別處理，而是會(huì)選擇性地提取關(guān)鍵特征，從而在保持高效率的同時(shí)大幅降低能耗。受此啟發(fā)，神經(jīng)形態(tài)計(jì)算——模仿生物神經(jīng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能的新型計(jì)算方式，被認(rèn)為在突破傳統(tǒng)機(jī)器視覺(jué)限制方面極具潛力。但目前仍存在兩個(gè)主要難題：一是實(shí)現(xiàn)接近人眼水平的顏色識(shí)別能力；二是擺脫對(duì)外部電源的依賴，以最大程度降低功耗。

為真正解決這些問(wèn)題，團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種新穎的人工突觸系統(tǒng)。其集成了兩種不同類型的染料敏化太陽(yáng)能電池，對(duì)不同波長(zhǎng)的光具有不同的響應(yīng)特性。該裝置通過(guò)直接轉(zhuǎn)換太陽(yáng)能來(lái)供能，實(shí)現(xiàn)了真正的“自供電”。這一特性使其非常適合用于對(duì)能源效率要求極高的邊緣計(jì)算場(chǎng)景。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，該系統(tǒng)能夠以10納米的分辨率區(qū)分可見光范圍內(nèi)的顏色，與人眼相當(dāng)接近。此外，該裝置還展現(xiàn)出雙極響應(yīng)特性：在藍(lán)光照射下產(chǎn)生正電壓，在紅光照射下則產(chǎn)生負(fù)電壓。這使它能夠執(zhí)行復(fù)雜的邏輯運(yùn)算，而這些操作通常需要多個(gè)傳統(tǒng)光電元件才能完成。

為了驗(yàn)證其實(shí)際應(yīng)用潛力，團(tuán)隊(duì)用它識(shí)別以紅、綠、藍(lán)三色記錄的不同人體動(dòng)作。結(jié)果表明，僅用單個(gè)器件，該系統(tǒng)就能準(zhǔn)確分類多達(dá)18種顏色與動(dòng)作組合，識(shí)別準(zhǔn)確率達(dá)到82%。

這項(xiàng)技術(shù)有望讓日常設(shè)備擁有類人視覺(jué)，應(yīng)用前景十分廣闊，包括自動(dòng)駕駛領(lǐng)域、醫(yī)療健康設(shè)備，以及消費(fèi)電子領(lǐng)域。

【總編輯圈點(diǎn)】

人眼對(duì)色彩的感知，既高效又節(jié)能，這得益于數(shù)萬(wàn)年的自然進(jìn)化。通過(guò)模仿人類對(duì)顏色的識(shí)別能力，人工突觸技術(shù)將重新定義機(jī)器“看見”色彩的方式，賦予其接近人類直覺(jué)的色彩理解力。在數(shù)字社會(huì)，相關(guān)技術(shù)將大有用武之地。試想，應(yīng)用人工突觸技術(shù)，機(jī)器人所“看到”的顏色將更加接近人類，虛擬現(xiàn)實(shí)眼鏡所呈現(xiàn)的圖像將更加栩栩如生，交通路口的攝像頭可以更高效地分辨不同顏色的車輛……這無(wú)疑將推動(dòng)各類終端在視覺(jué)維度上，變得更加智能。

（原標(biāo)題為《計(jì)算機(jī)之“眼”研究邁出重要一步，人工突觸成功模仿人類彩色視覺(jué)》）