Розробники: Цзунфу Ю (зліва), Енг Чен (Ang Chen, в центрі) і Ефрем Хором (Efram Khoram, праворуч).
Ми вже звикли до технологій розпізнавання облич. Наприклад, до вбудованої в наші смартфони системи біометричної ідентифікації користувача. Отримані за допомогою цифрових камер зображення обробляються все більш складними алгоритмами. Зрозуміло, розробники шукають у своїх рішеннях компроміс між точністю і часом вирішення завдання (і супутнім енергоспоживанням). Інженери Вісконсинського університету в Мадісоні показали, що із завданням розпізнавання образів у майбутньому зможуть справлятися пристрої, що виглядають (тільки виглядають) вкрай простими.
Основа технології, що розробляється, - скло. Ніяких датчиків, електричних схем і джерел живлення. Високотехнологічний секрет невидимий людському оку.
«Ми використовуємо оптику для того, щоб зібрати звичну систему з камер, датчиків і нейронних мереж глибокого навчання в шматку тонкого скла», - розповідає професор Вісконсинського університету в Мадісоні Цзунфу Ю (Zongfu Yu).
Ю і його колеги опублікували матеріали досліджень у журналі Photonics Research.
Вбудовування штучного інтелекту в інертні об'єкти - концепція, що здається на перший погляд чимось із галузі наукової фантастики. Прогрес у цій галузі відкриває новий шлях розвитку малопотужної електроніки.
Для демонстрації дієвості пропонованого підходу інженери розробили скляні вироби, здатні розпізнавати рукописні цифри. Світло, що проходить через зображення числа, у склі фокусується на одній з дев'яти областей, кожна з яких відповідає конкретній цифрі.
https://22century.ru/wp-content/uploads/2019/08/MovieS1.mp4
Можна спостерігати в режимі реального часу, як виправлення трійки на вісімку змінює і результат обробки.
https://22century.ru/wp-content/uploads/2019/08/MovieS2.mp4
Рішення «повністю відрізняється від типового пристрою системи машинного зору», - зазначає Ю.
Воно являє собою шматки скла, схожі на напівпрозорі квадрати. Крихітні розміщені в строго визначених місцях бульбашки і домішки переломлюють промені таким чином, щоб розрізняти зображення. По суті це система штучного інтелекту.
Створення скла для розпізнавання чисел було схоже на процес навчання штучної нейромережі, за винятком того, що інженери «навчали» матеріал, а не цифровий код. Інженери створювали бульбашки повітря різних розмірів і форм і розміщували невеликі шматочки світлопоглинаючих матеріалів, таких як графен, у певних місцях всередині скла.
«Ми звикли до цифрових обчислень, але це розширює наш кругозір, - говорить Ю. - Хвильова динаміка поширення світла забезпечує новий спосіб виконання аналогових штучних нейронних обчислень».
Одна з переваг технології - обчислення відбувається в практично вічному матеріалі, один такий шматок скла може бути використаний сотні тисяч разів.
«Можна було б використовувати таке скло як компонент біометричного замку, налаштованого на розпізнавання обличчя однієї людини, - каже Ю. - Після того, як він буде побудований, він буде працювати завжди, не потребуючи енергії або інтернету, а це означає, що він може зберігати щось для вас протягом тисяч років».
Крім того, система працює практично миттєво - зі швидкістю світла.
Хоча підготовчий процес (навчання і проектування системи) може бути трудомістким і вимогливим до обчислювальних потужностей, саме скло буде порівняно легко (і недорого) виготовляти.
Робота дослідницької групи була профінансована грантом DARPA (Управління перспективних дослідницьких проектів Міністерства оборони США).