Un nouveau dispositif informatique à réservoir physique imite le comportement synaptique humain pour un traitement efficace de l'IA de pointe
L'intelligence artificielle (IA) devient de plus en plus utile pour prévoir des événements d'urgence tels que des crises cardiaques, des catastrophes naturelles et des pannes de pipelines. Cela nécessite des technologies de pointe capables de traiter rapidement les données. À cet égard, le calcul de réservoir, spécialement conçu pour le traitement de données chronologiques à faible consommation d’énergie, constitue une option prometteuse.
Il peut être implémenté dans divers cadres, parmi lesquels le calcul de réservoir physique (PRC) est le plus populaire. Les PRC dotés de synapses artificielles optoélectroniques (structures de jonction qui permettent à une cellule nerveuse de transmettre un signal électrique ou chimique à une autre cellule) qui imitent les éléments synaptiques humains devraient avoir des capacités de reconnaissance et de traitement en temps réel sans précédent, semblables à celles du système visuel humain.
Cependant, le PRC basé sur les dispositifs synaptiques optoélectroniques auto-alimentés existants ne peut pas gérer les données de séries chronologiques sur plusieurs échelles de temps, présentes dans les signaux de surveillance des infrastructures, de l'environnement naturel et des conditions de santé.
Une équipe de chercheurs du Département d'électronique appliquée de la Graduate School of Advanced Engineering de l'Université des sciences de Tokyo (TUS), dirigée par le professeur agrégé Takashi Ikuno et comprenant M. Hiroaki Komatsu et Mme Norika Hosoda, a réussi à fabriquer un auto- synapse humaine photopolymère optoélectronique à base de cellules solaires sensibilisées à un colorant avec une constante de temps qui peut être contrôlée par l'intensité lumineuse d'entrée.
Leur étude a été publiée en ligne le 28 octobre 2024 dans la revue Matériaux et interfaces appliqués ACS.
Le Dr Ikuno explique : « Afin de traiter des données optiques d'entrée de séries temporelles avec différentes échelles de temps, il est essentiel de fabriquer des dispositifs en fonction de l'échelle de temps souhaitée. Inspirés par le phénomène d'image rémanente de l'œil, nous avons mis au point un nouveau système optoélectronique. dispositif synaptique humain qui peut servir de cadre informatique pour les capteurs optiques IA de pointe à économie d'énergie.
Le dispositif basé sur des cellules solaires utilise des colorants à base de dérivés de squarylium et intègre des fonctions d'entrée optique, de calcul d'IA, de sortie analogique et d'alimentation électrique dans le dispositif lui-même au niveau matériel. Il présente une plasticité synaptique en réponse à l'intensité lumineuse, montrant des caractéristiques synaptiques telles que la facilitation des impulsions appariées et la dépression des impulsions appariées.
Les chercheurs ont démontré que l’ajustement de l’intensité lumineuse permet d’obtenir des performances de calcul élevées dans les tâches de traitement de données chronologiques, quelle que soit la largeur de l’impulsion lumineuse d’entrée.
De plus, lorsque cet appareil était utilisé comme couche réservoir de PRC, il classifiait les mouvements humains tels que se pencher, sauter, courir et marcher avec une précision de plus de 90 %. De plus, la consommation électrique ne représentait que 1 % de celle requise par les systèmes conventionnels, ce qui réduirait également considérablement les émissions de carbone associées.
« Nous avons démontré pour la première fois au monde que le dispositif développé peut fonctionner avec une très faible consommation d'énergie tout en identifiant les mouvements humains avec un taux de précision élevé », explique le Dr Ikuno.
Le dispositif proposé ouvre notamment une nouvelle voie vers la réalisation de capteurs d’IA de pointe pour différentes échelles de temps, avec des applications dans les caméras de surveillance, les caméras de voiture et la surveillance de la santé.
Selon le Dr Ikuno, « Cette invention peut être utilisée comme un capteur optique d'IA de pointe extrêmement populaire qui peut être fixé à n'importe quel objet ou personne, et peut avoir un impact sur le coût impliqué dans la consommation d'énergie, comme les caméras montées sur voiture et les caméras montées sur voiture. ordinateurs. »
Il ajoute : « Cet appareil peut fonctionner comme un capteur capable d'identifier les mouvements humains avec une faible consommation d'énergie, et a ainsi le potentiel de contribuer à l'amélioration de la consommation électrique des véhicules.
« En outre, il devrait être utilisé comme capteur optique à faible consommation d'énergie dans les montres intelligentes et les dispositifs médicaux autonomes, réduisant ainsi considérablement leurs coûts pour qu'ils soient comparables, voire inférieurs, à ceux des dispositifs médicaux actuels. »
En conclusion, ce nouveau dispositif basé sur des cellules solaires a le potentiel d’accélérer le développement de capteurs IA de pointe économes en énergie avec des applications variées.
