/nginx/o/2024/10/18/16426805t1hbc77.png)
:format(webp)/nginx/o/2025/05/16/16848702t1h7a33.jpg)
Inimkond on aastakümneid või tegelikult ehk isegi sajandeid unistanud masinast, mis suudaks mõelda, näha ja õppida sama kergelt kui meie ise või isegi veel paremini. Nüüd ongi rühm teadlasi astunud sammu selles suunas, luues seadme, mis justkui oleks oma supervõimed saanud bioloogilisest maailmast. Unusta kohmakad rauast valmistatud robotid ja aeglased arvutamised – horisondil terendab midagi täiesti uut, midagi ideaalse tehisaju sarnast.
Austraalias asuva RMITi Ülikooli teadlased-insenerid on loonud pisikese, aju tööd jäljendava seadme, mis suudab iseseisvalt tuvastada liikumist, salvestada piltmälestusi ja töödelda infot – seda kõike ilma vajaduseta välist arvutit kasutada.
Analoogvõimsus kui kunstnik vs. digitaalne andmeparaad
Lahendust tuntakse neuromorfse seadmena ja selle peamine trikk peitub inimaju tööviisi osavas jäljendamises. Projekti juhtiv teadlane professor Sumeet Walia selgitab, et nii saab sillutada teed välkkiirele visuaalsele töötlemisele näiteks isejuhtivates autodes, intelligentsetes robotites ning teisteski nutiseadmetes, mis on loodud inimestega loomulikult suhtlema.
Erinevalt tänapäevastest digitaalsüsteemidest, mis neelavad aplalt energiat, kasutab uus neuromorfne tehnoloogia meie endi ajuga analoogilist töötlusviisi.
Kujuta nüüd ette, et digitaalne arvuti on nagu raamatupidaja, kes peab iga liigutuse täpselt kirja panema, samas kui sellega analoogne süsteem on pigem nagu vaistu kasutav loominguline kunstnik, kes tunnetab tervikut ja reageerib igale pintslitõmbele silmapilkselt.
Selline lähenemine võimaldab lahendada keerukaid visuaalseid ülesandeid kordades energiatõhusamalt.
«Neuromorfsed nägemissüsteemid on loodud kasutama meie ajuga analoogseid töötlusviise, mis võib oluliselt vähendada energiakulu keerukate visuaalsete ülesannete täitmisel võrreldes tänapäeval kasutatavate digitaalsete tehnoloogiatega,» selgitas RMITi opto-elektrooniliste materjalide ja sensorite keskuse (COMAS) direktor Walia teadlaste ootust lahenduse kohta.
Materjal, millel on mälu
Selle teadustöö taga on neuromorfsete materjalide ja täiustatud signaalitöötluse ühendamine, seda protsessi juhib COMASi asedirektor professor Akram Al-Hourani. Seadme süda on molübdeendisulfiid ehk MoS2 – metalne ühend, mis on vaid mõne aatomi paksune.
/nginx/o/2025/05/16/16848691t1he173.jpg)
Oma värskes uurimuses näitasid teadlased, kuidas saab MoS2 aatomitasandi pisikesi defekte kasutada valguse tuvastamiseks ja selleks, et muundada see elektrilisteks signaalideks. See jäljendab aju neuronite «tulistamist» infoga ja nende omavahelist suhtlemist, võimaldades seadmel visuaalset infot reaalajas laialt haarata ja massiliselt töödelda.
Jäljendatud inimsilm paneb aju «nägema»
«See kontseptuaalne seade jäljendab inimsilma võimet valgust püüda ja aju võimet seda visuaalset infot kiirelt töödelda, võimaldades keskkonnamuutusi otsekohe tajuda ja luua mälestusi, ilma et selleks peaks kasutama tohutul hulgal andmeid ja energiat,» ütles Walia, «praegused digitaalsed süsteemid, vastupidi, on väga energiamahukad ega suuda sammu pidada andmete hulga ja keerukuse pöörase kasvuga, mis piirab nende võimet teha tõelisi otsuseid reaalajas.»
Uurimus on avaldatud ajakirjas Advanced Materials Technologies. RMIT on esitanud tööle ajutise patenditaotluse.
Liikumise nägemine, mälu loomine – just nagu inimesel
Katsetuse käigus tuvastas seade liikuva käe muutusi – mitte kaader kaadri haaval, nagu tavaline kaamera, vaid justkui tajudes muutuse servi (edge detection). See nõuab märkimisväärselt vähem andmetöötlust ja energiat. Kui muutused olid tuvastatud, salvestas seade need sündmused mälestustena nagu aju.
Teadlased korraldasid katsed inimsilmale nähtava spektri ulatuses, tuginedes meeskonna varasematele neuromorfsetele uuringutele ultraviolettdomeenis.
«Näitlikustasime, et aatomi paksune molübdeendisulfiid suudab täpselt jäljendada leaky integrate-and-fire- (LIF) neuroni käitumist, mis on närvivõrkude ehituses üks oluline osa,» ütles Thiha Aung.
/nginx/o/2025/05/16/16848734t1h9a7b.jpg)
Varasemas teadustöös vaadeldi ainult liikumatu pildi tuvastamist, mälu loomist ja töötlemist. Nii nähtava spektri kui ka UV-seadmete puhul sai mälusid lähtestada, et seadmed oleksid valmis järgmiseks ülesandeks.
Elupäästev kiirus ja kuhjaga praktilisi rakendusi
See meeskonna loodud uuendus võib ühel päeval põhjalikult parandada automatiseeritud transpordi ja täiustatud robotisüsteemide reaktsioonikiirust. Eriti võib see olla elulise tähtsusega just ohtlikes ja ettearvamatutes keskkondades.
«Neuromorfne nägemine nendes rakendustes, mis on veel paljude aastate kaugusel, võiks muutusi stseenis tuvastada peaaegu silmapilkselt, ilma et peaks töötlema palju andmeid, võimaldades palju kiiremat reageerimist, mis võib päästa elusid,» ütles Walia.
«Robotite puhul, mis töötavad inimeste läheduses kas tootmises või koduabilistena, võiks neuromorfne tehnoloogia võimaldada palju loomulikumat suhtlust, tuvastades ja reageerides inimkäitumisele minimaalse viivitusega,» lisas Al-Hourani.
Meeskond ehitab praegu kontseptuaalset seadet suuremaks MoS2-põhiste pikslite massiiviks. Austraalia Teadusnõukogu rahastas selleks hiljuti meeskonda spetsiaalse grandi (LIEF) abil.
«Kuigi meie süsteem jäljendab teatud osa aju närvitöötlusest, eriti nägemist, on see siiski veel lihtsustatud mudel,» nentis Walia.
Meeskond uurib ka teisi materjale peale MoS2, mis võiksid laiendada võimet eraldada infrapuna alale ehk väljaspoole nähtavat valgust. See lubaks reaalajas jälgida näiteks planeedi saasteainete, nagu mürgised gaasid, patogeenid ja kemikaalid, esinemist.
Teadustöö pealkirjaga «Photoactive Monolayer MoS2 for Spiking Neural Networks Enabled Machine Vision Applications» ilmus ajakirjas Advanced Materials Technologies.