智能玻璃僅用光就能識(shí)別數(shù)字 “學(xué)會(huì)”將光線彎曲到正確的位置

智能玻璃經(jīng)過(guò)類(lèi)似于機(jī)器學(xué)習(xí)的訓(xùn)練，“學(xué)會(huì)”將光線彎曲到正確的位置。

據(jù)最新一期《光子學(xué)研究》雜志報(bào)道，美國(guó)研究人員創(chuàng)造性地設(shè)計(jì)出一種“聰明”的玻璃，其僅利用光就能識(shí)別和區(qū)分圖像，而且無(wú)需電力、傳感器即可運(yùn)行。

威斯康星大學(xué)麥迪遜分校電氣和計(jì)算機(jī)工程系余宗福教授領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)，使用光學(xué)系統(tǒng)將相機(jī)、傳感器和深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的正常設(shè)置壓縮成一塊薄玻璃。在概念驗(yàn)證研究中，這種智能玻璃可區(qū)分出手寫(xiě)的單位數(shù)字，其動(dòng)態(tài)性還足以實(shí)時(shí)檢測(cè)到手寫(xiě)的3被改寫(xiě)為8。

智能玻璃的工作原理是，將不同大小和形狀的氣泡，以及石墨烯等小塊吸光材料嵌入玻璃的特定位置。當(dāng)手寫(xiě)數(shù)字反射的光波穿過(guò)玻璃時(shí)，它們以特定的方式被氣泡和雜質(zhì)彎曲，該彎曲過(guò)程將光聚焦到玻璃另一側(cè)的10個(gè)特定點(diǎn)之一，具體取決于所呈現(xiàn)的數(shù)量。10個(gè)點(diǎn)分別對(duì)應(yīng)數(shù)字0到9。余宗福將之描述為一把鑰匙開(kāi)一把鎖。即使用不同的樣式書(shū)寫(xiě)，玻璃也可以聚焦光以檢測(cè)正確的數(shù)字。

設(shè)計(jì)玻璃以識(shí)別數(shù)字，類(lèi)似于機(jī)器學(xué)習(xí)的訓(xùn)練過(guò)程，只不過(guò)訓(xùn)練的對(duì)象是模擬材料而不是數(shù)字代碼。如果光沒(méi)有通過(guò)玻璃聚焦在正確的點(diǎn)，研究團(tuán)隊(duì)會(huì)稍微調(diào)整雜質(zhì)的大小和位置。經(jīng)過(guò)數(shù)千次迭代，玻璃“學(xué)會(huì)”將光線彎曲到正確的位置。余宗福說(shuō)，這些雜質(zhì)基本上就像“人工神經(jīng)元”。

余宗福指出，光傳播的波動(dòng)力學(xué)為模擬人工神經(jīng)計(jì)算提供了新的方法。其優(yōu)點(diǎn)是，計(jì)算是完全被動(dòng)的，且為材料所固有，這意味著可識(shí)別圖像的智能玻璃可使用數(shù)十萬(wàn)次。

目前，人們使用面部識(shí)別解鎖手機(jī)時(shí)，人工智能都會(huì)占用大量的計(jì)算資源并消耗電力。未來(lái)，智能玻璃有可能被用作一種“生物識(shí)別鎖”，一塊玻璃只識(shí)別一個(gè)人的臉，從而大大提高手機(jī)的安全性。這種小巧、廉價(jià)的一次性智能產(chǎn)品，將能在能源、帶寬和資金資源極其緊張的情況下運(yùn)行。

不過(guò)，智能玻璃是否具有實(shí)用性仍有待深入研究，主要是因?yàn)橹悄懿Ａ腥狈υ谟?jì)算機(jī)處理器上運(yùn)行、可用于多種不同任務(wù)的靈活性。(記者馮衛(wèi)東)

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