隨著人工智能和智能設(shè)備的不斷發(fā)展，機器視覺作為現(xiàn)代技術(shù)的關(guān)鍵使能者，正發(fā)揮著越來越重要的作用。然而，盡管取得了很大進展，機器視覺系統(tǒng)仍然面臨一個主要問題：處理每秒產(chǎn)生的海量視覺數(shù)據(jù)需要大量的電力、存儲和計算資源。這一限制使得在邊緣設(shè)備（如智能手機、無人機或自動駕駛汽車）中部署視覺識別功能變得困難。

有趣的是，人類的視覺系統(tǒng)提供了一個引人入勝的替代模型。與必須捕捉和處理每個細節(jié)的常規(guī)機器視覺系統(tǒng)不同，我們的眼睛和大腦會選擇性地過濾信息，從而在視覺處理中實現(xiàn)更高的效率，同時消耗最小的能量。神經(jīng)形態(tài)計算，它模仿生物神經(jīng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能，因此已成為一種有前景的方法，以克服計算機視覺中現(xiàn)有的障礙。然而，兩個主要挑戰(zhàn)仍然存在。第一個是實現(xiàn)與人類視覺相當(dāng)?shù)纳首R別，而第二個是消除對外部電源的需求，以最大限度地減少能源消耗。

在此背景下，由日本東京大學(xué)（TUS）先進工程學(xué)院電子系統(tǒng)工程系副教授高野健教授領(lǐng)導(dǎo)的研究團隊開發(fā)了一種突破性解決方案。他們的論文于 2025 年 5 月 12 日在《 科學(xué)報告 》第 15 卷上發(fā)表，介紹了一種能夠以驚人精度區(qū)分顏色的自供電人工突觸。該研究由來自 TUS 的 Mr. Hiroaki Komatsu 和 Ms. Norika Hosoda 共同撰寫。

研究人員通過集成兩種不同的染料敏化太陽能電池來制造他們的設(shè)備，這些電池對不同的光波長有不同的響應(yīng)。與需要外部電源的傳統(tǒng)光電人工突觸不同，所提出的突觸通過太陽能轉(zhuǎn)換產(chǎn)生電力。這種自供電能力使其特別適用于邊緣計算應(yīng)用，其中能效至關(guān)重要。

通過大量實驗證明，該系統(tǒng)可以在可見光譜上以 10 納米的分辨率區(qū)分顏色——這種辨別能力接近人眼的水平。此外，該設(shè)備還表現(xiàn)出雙極響應(yīng)特性，在藍光下產(chǎn)生正電壓，在紅光下產(chǎn)生負電壓。這使得它能夠執(zhí)行通常需要多個傳統(tǒng)設(shè)備才能完成的復(fù)雜邏輯運算。"這些結(jié)果表明，這種能夠同時實現(xiàn)高分辨率顏色識別和邏輯運算的新一代光電設(shè)備，在低功耗人工智能（AI）視覺識別系統(tǒng)中具有巨大的應(yīng)用潛力，" Ikuno 博士指出。

為了展示實際應(yīng)用，研究團隊將他們的設(shè)備應(yīng)用于物理水庫計算框架中，以識別記錄在紅、綠、藍中的不同人體運動。當(dāng)使用單個設(shè)備對18種顏色和運動的組合進行分類時，該系統(tǒng)達到了令人印象深刻的82%準(zhǔn)確率，而傳統(tǒng)系統(tǒng)則需要多個光電二極管。

這項研究的意義涵蓋多個行業(yè)。在自動駕駛汽車中，這些設(shè)備可以更有效地識別交通信號燈、道路標(biāo)志和障礙物。在醫(yī)療保健領(lǐng)域，它們可以為監(jiān)測血氧水平等生命體征的可穿戴設(shè)備提供動力，同時電池消耗極小。對于消費電子產(chǎn)品，這項技術(shù)可能導(dǎo)致智能手機和增強/虛擬現(xiàn)實頭戴式設(shè)備，在保持復(fù)雜的視覺識別能力的同時，電池壽命得到顯著改善。“我們相信這項技術(shù)將有助于實現(xiàn)低功耗、具有接近人類眼睛色彩分辨能力的機器視覺系統(tǒng)，其應(yīng)用包括自動駕駛汽車的傳感器、醫(yī)療用途的低功耗生物識別傳感器以及便攜式識別設(shè)備，”Ikuno 博士評論道。

總的來說，這項工作代表著將計算機視覺的奇跡帶給邊緣設(shè)備的重要一步，使我們的日常設(shè)備能夠更像我們一樣地看世界。