5 月 14 日消息，澳大利亞皇家墨爾本理工大學(xué)（RMIT University）的研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)出一款先進(jìn)的類腦神經(jīng)形態(tài)設(shè)備，該設(shè)備能夠模擬人腦處理信息的方式。這一緊湊型系統(tǒng)無(wú)需依賴外部計(jì)算機(jī)，即可實(shí)時(shí)檢測(cè)手勢(shì)動(dòng)作、存儲(chǔ)記憶并處理視覺(jué)數(shù)據(jù)。

該設(shè)備的問(wèn)世為高級(jí)機(jī)器人技術(shù)、自動(dòng)駕駛汽車以及下一代無(wú)縫人機(jī)交互系統(tǒng)的發(fā)展鋪平了道路。RMIT 大學(xué)教授兼團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人蘇米特?瓦利亞（Sumeet Walia）表示：“這款概念驗(yàn)證設(shè)備模擬了人眼捕捉光線以及大腦處理視覺(jué)信息的能力，能夠在瞬間感知環(huán)境變化并形成記憶，無(wú)需消耗大量數(shù)據(jù)和能量。”

神經(jīng)形態(tài)視覺(jué)與信息處理是當(dāng)前快速發(fā)展的前沿領(lǐng)域，旨在開(kāi)發(fā)更智能、更高效的計(jì)算與感知系統(tǒng)。其中，脈沖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（SNNs）是一種關(guān)鍵方法，其工作原理類似于真實(shí)腦細(xì)胞，通過(guò)觸發(fā)信號(hào)（即“脈沖”）來(lái)傳遞信息。一種常見(jiàn)的模型是漏電積分-發(fā)放（LIF）模型，在該模型中，電信號(hào)不斷累積，直至達(dá)到一定閾值后觸發(fā)脈沖并重置系統(tǒng)，與真實(shí)神經(jīng)元的行為高度相似。

盡管已有多種光敏材料被用于基礎(chǔ)類腦功能測(cè)試，但精準(zhǔn)復(fù)制完整的 LIF 行為，尤其是系統(tǒng)存儲(chǔ)和重置電狀態(tài)的方式，并將其應(yīng)用于視覺(jué)任務(wù)，仍然是一個(gè)新興且有待深入探索的領(lǐng)域。RMIT 的研究人員將神經(jīng)形態(tài)材料與先進(jìn)信號(hào)處理技術(shù)相結(jié)合，開(kāi)發(fā)出能夠?qū)崟r(shí)捕捉和處理視覺(jué)信息的設(shè)備。該技術(shù)的核心是二硫化鉬（MoS?），這是一種具有原子級(jí)缺陷的金屬化合物，能夠像人腦中的神經(jīng)元一樣檢測(cè)光線并將其轉(zhuǎn)化為電信號(hào)。

這項(xiàng)新研究表明，通過(guò)化學(xué)氣相沉積技術(shù)制造的超薄 MoS?層能夠模擬腦細(xì)胞的充放電過(guò)程，與漏電積分-發(fā)放（LIF）神經(jīng)元模型高度一致。這些超薄層對(duì)光線的響應(yīng)方式使其能夠復(fù)制真實(shí)神經(jīng)元的電行為，通過(guò)調(diào)節(jié)柵極電壓，系統(tǒng)能夠快速重置自身，從而提高響應(yīng)速度，類似于真實(shí)大腦的工作方式。

研究人員利用 MoS?的關(guān)鍵光響應(yīng)特性構(gòu)建了脈沖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（SNN），該模型在經(jīng)過(guò) 15 次訓(xùn)練后，在靜態(tài)圖像任務(wù)中的準(zhǔn)確率達(dá)到了 75%，在經(jīng)過(guò) 60 次訓(xùn)練后，在動(dòng)態(tài)任務(wù)中的準(zhǔn)確率達(dá)到 80%，展現(xiàn)出強(qiáng)大的實(shí)時(shí)視覺(jué)處理潛力。在實(shí)驗(yàn)中，該設(shè)備通過(guò)邊緣檢測(cè)技術(shù)檢測(cè)手勢(shì)動(dòng)作，避免了逐幀捕捉，從而減少了數(shù)據(jù)和能耗。隨后，設(shè)備將這些變化存儲(chǔ)為記憶，模擬了大腦的功能。這項(xiàng)研究在可見(jiàn)光范圍內(nèi)展開(kāi)，進(jìn)一步拓展了此前在紫外光譜領(lǐng)域的研究成果。

RMIT 的博士研究生、該研究的第一作者蒂哈?昂（Thiha Aung）表示：“我們證明了原子級(jí)薄的二硫化鉬能夠精準(zhǔn)復(fù)制漏電積分-發(fā)放（LIF）神經(jīng)元行為，這是脈沖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的基本構(gòu)建模塊。”

據(jù)研究團(tuán)隊(duì)介紹，此前基于紫外光的研究主要集中在靜態(tài)圖像檢測(cè)、記憶和處理方面。而紫外光和可見(jiàn)光設(shè)備均具備重置記憶的功能，以便為新任務(wù)做好準(zhǔn)備。

據(jù)了解，該創(chuàng)新技術(shù)有望顯著提升自動(dòng)駕駛汽車和高級(jí)機(jī)器人對(duì)視覺(jué)輸入的響應(yīng)能力，尤其是在高風(fēng)險(xiǎn)或快速變化的環(huán)境中。通過(guò)瞬間檢測(cè)場(chǎng)景變化并最小化數(shù)據(jù)處理需求，該技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)更快、更高效的反應(yīng)，同時(shí)也將增強(qiáng)人機(jī)交互在制造業(yè)或個(gè)人輔助等領(lǐng)域的應(yīng)用。

目前，研究人員正在將單像素原型擴(kuò)展為更大的基于 MoS?的像素陣列，并得到了新的研究資金支持。未來(lái)計(jì)劃包括優(yōu)化設(shè)備以應(yīng)對(duì)更復(fù)雜的視覺(jué)任務(wù)、提高能效以及將其與傳統(tǒng)數(shù)字系統(tǒng)集成。

此外，研究團(tuán)隊(duì)還在探索其他材料，以拓展設(shè)備在紅外光范圍內(nèi)的能力，用于排放追蹤和智能環(huán)境感知等應(yīng)用。該團(tuán)隊(duì)的研究成果已發(fā)表在《先進(jìn)材料技術(shù)》（Advanced Materials Technologies）期刊上。