Новое устройство распознает цвета и движения с одним сенсором

Как научить устройства видеть почти как человек — и при этом обойтись без батареек? Ученые из Японии предложили решение: искусственный синапс, способный различать цвета и работать на солнечном свете.

Создан искусственный синапс, способный различать цвета с высокой точностью и работать без внешнего питания, преобразуя солнечный свет в энергию — это делает его подходящим для маломощных устройств и автономных систем

Источник: Unsplash

Работа, опубликованная 12 мая 2025 года в Scientific Reports, описывает разработку исследовательской группы из Токийского университета науки (TUS) под руководством Такаши Икуно. Ученые создали оптоэлектронное устройство, способное имитировать работу зрительной системы человека без необходимости в стороннем питании. Такое решение особенно актуально для устройств на периферии вычислений — например, дронов, носимой электроники или автономного транспорта.

В основе разработки лежат два сенсибилизированных красителем солнечных элемента, каждый из которых по-своему реагирует на различные длины волн видимого света. Вместо того, чтобы получать питание от внешнего источника, устройство преобразует солнечный свет в электричество, что делает его полностью автономным.

Верхняя часть изображает предлагаемый искусственный синапс, созданный с использованием сенсибилизированных красителем солнечных элементов. График показывает биполярную реакцию напряжения синапса в зависимости от длины волны используемого света, что имитирует то, как наши глаза воспринимают мир, и позволяет выполнять логические операции. Нижняя часть изображения показывает эксперимент, в котором предлагаемая система использовалась для захвата и классификации различных движений человека

Источник: Scientific Reports

Система продемонстрировала возможность различения цветов с разрешением 10 нанометров по всему спектру. Кроме того, она показала биполярную реакцию: положительное напряжение при синем свете и отрицательное — при красном. Это позволяет выполнять логические операции без дополнительных схем, что ранее требовало нескольких отдельных компонентов.

В тестах, где использовалась физическая архитектура резервуарных вычислений, устройство успешно распознавало движения человека, записанные в трех цветах — красном, синем и зеленом. Система достигла точности 82% при классификации 18 комбинаций цвета и движения, используя всего одно устройство.

Устройство объединяет функции цветоразличения и логических операций, что позволяет использовать его в системах машинного зрения нового поколения, включая беспилотные автомобили, носимую электронику и ИИ с визуальным восприятием

Источник: Unsplash

Устройство может найти применение в самых разных сферах: от систем визуального контроля в беспилотных автомобилях до энергоэффективных медицинских датчиков и улучшенных AR-гарнитур. По словам доктора Икуно, технология поможет реализовать маломощные визуальные ИИ-системы, способные различать цвета почти так же, как человеческий глаз.

Любопытно, что подход, сочетающий высокоточные технологии и принципы работы человеческого зрения, находит применение не только в инженерных устройствах, но и в игровых форматах. Например, в Японии была протестирована VR-игра, направленная на восстановление зрения с помощью тренировки глазных мышц — об этом вы можете узнать в этой статье.