澳大利亞皇家墨爾本理工大學(xué)（RMIT University）的研究團(tuán)隊(duì)近期取得了突破性的進(jìn)展，成功研發(fā)出一款類腦神經(jīng)形態(tài)設(shè)備。這款設(shè)備能夠模仿人類大腦處理信息的方式，獨(dú)立實(shí)時(shí)檢測(cè)手勢(shì)、存儲(chǔ)記憶及處理視覺數(shù)據(jù)，無需依賴外部計(jì)算機(jī)。

RMIT大學(xué)的蘇米特·瓦利亞教授領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)表示，這款概念驗(yàn)證設(shè)備模擬了人眼捕捉光線及大腦處理視覺信息的能力。它能夠迅速感知環(huán)境變化并形成記憶，同時(shí)極大地節(jié)省了數(shù)據(jù)和能量。這項(xiàng)創(chuàng)新為高級(jí)機(jī)器人技術(shù)、自動(dòng)駕駛汽車及下一代無縫人機(jī)交互系統(tǒng)的發(fā)展提供了新的契機(jī)。

神經(jīng)形態(tài)視覺與信息處理是當(dāng)前科技領(lǐng)域的前沿課題，旨在開發(fā)更加智能和高效的計(jì)算與感知系統(tǒng)。脈沖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（SNNs）作為其中的關(guān)鍵方法，通過類似真實(shí)腦細(xì)胞的觸發(fā)信號(hào)（即“脈沖”）傳遞信息。研究團(tuán)隊(duì)采用漏電積分-發(fā)放（LIF）模型，實(shí)現(xiàn)了電信號(hào)累積達(dá)到閾值后觸發(fā)脈沖并重置系統(tǒng)的機(jī)制，與真實(shí)神經(jīng)元的行為高度相似。

在材料方面，研究團(tuán)隊(duì)結(jié)合神經(jīng)形態(tài)材料與先進(jìn)信號(hào)處理技術(shù)，開發(fā)出了能夠?qū)崟r(shí)捕捉和處理視覺信息的設(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，能夠像神經(jīng)元一樣檢測(cè)光線并將其轉(zhuǎn)化為電信號(hào)。

研究顯示，通過化學(xué)氣相沉積技術(shù)制造的超薄MoS?層能夠模擬腦細(xì)胞的充放電過程，與LIF神經(jīng)元模型高度一致。這些超薄層對(duì)光線的響應(yīng)使其能夠復(fù)制真實(shí)神經(jīng)元的電行為。通過調(diào)節(jié)柵極電壓，系統(tǒng)能夠快速重置，從而提高響應(yīng)速度，這一過程與大腦的工作方式類似。

在實(shí)驗(yàn)中，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%；經(jīng)過60次訓(xùn)練后，在動(dòng)態(tài)任務(wù)中的準(zhǔn)確率提升至80%，顯示出強(qiáng)大的實(shí)時(shí)視覺處理能力。該設(shè)備通過邊緣檢測(cè)技術(shù)檢測(cè)手勢(shì)動(dòng)作，避免了逐幀捕捉，顯著減少了數(shù)據(jù)和能耗，并將這些變化存儲(chǔ)為記憶，模擬了大腦的功能。

RMIT的博士研究生蒂哈·昂作為該研究的第一作者指出，他們證明了原子級(jí)薄的二硫化鉬能夠精準(zhǔn)復(fù)制LIF神經(jīng)元行為，這是構(gòu)建脈沖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的基本模塊。研究團(tuán)隊(duì)還提到，之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，而此次開發(fā)的設(shè)備在可見光范圍內(nèi)同樣具備重置記憶的功能，為新任務(wù)做好準(zhǔn)備。

該創(chuàng)新技術(shù)有望大幅提升自動(dòng)駕駛汽車和高級(jí)機(jī)器人對(duì)視覺輸入的響應(yīng)能力，特別是在高風(fēng)險(xiǎn)或快速變化的環(huán)境中。通過快速檢測(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)更迅速、高效的反應(yīng)，同時(shí)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，研究團(tuán)隊(duì)正在將單像素原型擴(kuò)展為更大的基于MoS?的像素陣列，并已獲得新的研究資金支持。他們正在探索優(yōu)化設(shè)備以應(yīng)對(duì)更復(fù)雜的視覺任務(wù)、提高能效以及將其與傳統(tǒng)數(shù)字系統(tǒng)集成的方法。

研究團(tuán)隊(duì)還在研究其他材料，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。他們的研究成果已在《先進(jìn)材料技術(shù)》期刊上發(fā)表。