Исследователи из Висконсинского университета в Мадисоне представили простую как всё гениальное разработку, которая выведет на новый уровень технологию распознавания изображений.
Функция "узнай хозяина" присутствует сегодня во многих смартфонах с большой вычислительной мощностью. Новая же разработка позволит устройствам распознавать изображение без каких-либо датчиков, микросхем или алгоритмов искусственного интеллекта, а также без затрат энергии.
"С помощью оптики мы объединили в куске тонкого стекла камеры, датчики и глубокие нейронные сети", – рассказывает ведущий автор работы Цзунфу Юй (Zongfu Yu).
Поясним, что сегодня изображение лица анализируется программой, которая расходует на распознавание владельца очень много вычислительных ресурсов и, как следствие, заряд батареи. Однако в будущем инженеры хотели бы получить в своё пользование электронику, которой не будут нужны высокие мощности.
Но как можно встроить искусственный интеллект в кусок инертного и неизменяющегося, а значит, не способного на вычисления, стекла? Группа Юя использовала для этих целей полупрозрачное стекло, в которое определённым образом встроены крошечные пузырьки воздуха разных размеров и форм, а также примеси в виде светопоглощающих материалов (таких как графен). Все эти включения "фокусируют" падающий на стекло свет таким образом, что он в итоге оказывается в определённых точках. В зависимости от того, какое изображение перед стеклом, меняется и поведение света, что позволяет осуществить распознавание того или иного объекта.
Для подтверждения работоспособности своей концепции инженеры изготовили фрагменты из стекла, которые могут идентифицировать написанные от руки цифры. В зависимости от формы наносимой цифры пузырьки и примеси направляли свет, исходящий от записываемого на одной стороне стекла изображения, по тому или иному пути, доставляя его в одно из девяти мест на другой стороне стекла. Каждое из этих мест соответствовало своей цифре.
В ходе испытаний "умное" стекло верно идентифицировало каждую рукописную цифру. Более того, когда учёные заменили тройку на восьмёрку, стекло отследило эти изменения, сработав в буквальном смысле со скоростью света.
Авторы работы отмечают, что эта концепция радикально отличается от используемого сегодня машинного зрения и алгоритмов искусственного интеллекта. Такие системы проводят сложные и энергозатратные вычисления, а "умному" стеклу, чтобы выполнять свою функцию, такие ресурсы не нужны.
Но, в то же время, как и нейросети, новый материал учится распознавать тот ли иной объект благодаря "стратегическому" расположению "начинки". То есть, по сути, он тоже проводит свои вычисления, только не цифровые, а оптические. (Напомним, то ранее "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) рассказывали о работе оптической электроники, которая даже может потягаться с кремниевой.)
Авторы нынешней работы подчёркивают, что процесс "обучения" созданного ими материала может быть трудоёмким, зато последующее изготовление "умного" стекла происходит быстро и не требует больших финансовых затрат. При этом один и тот же фрагмент можно использовать сотни тысяч раз, не беспокоясь, что он со временем потеряет свои качества.
На следующем этапе работы команда намерена определить, насколько хорошо материал подходит для выполнения более сложных задач, таких как распознавание лиц.
"Мы можем использовать такое стекло в качестве биометрического замка, настроенного на распознавание лица одного конкретного человека, – говорит Цзунфу. – Однажды настроенный, [материал] будет работать вечно, не нуждаясь в электричестве или в Интернете".
Более того, материал можно будет настроить на работу в режиме многозадачности: например, одна часть будет использоваться для распознавания чисел, другая для идентификации букв, третья – для лиц. Таким образом, приложения "умного" стекла расширятся.
Подробнее новая разработка описывается в статье, представленной в журнале Photonics Research .
Кстати, ранее авторы проекта "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) рассказывали об "умных" стёклах, которые будут менять цвет и вырабатывать электричество по погоде, а также блокировать тепло и свет. Писали мы о биометрических новинках – лазере, который установит личность человека по сердцебиению, и очках, которые помогают полицейским идентифицировать преступников.
