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智能玻璃仅用光就能识别数字

科技日报 2019-07-10 09:26:49

智能玻璃经过类似于机器学习的训练,“学会”将光线弯曲到正确的位置。?#35745;?#26469;自网络

据最新一期《光子学研究》杂志报道,美国研究人员创造性地设计出一种“聪明”的玻璃,其仅利用光就能识别和区分图像,而且无需电力、传感器即可运行。

威斯康星大学麦迪逊?#20013;?#30005;气和计算机工程系余宗福教授领导的团队,使用光学系统将相机、传感器和深度神经网络的正常设置压缩成一块薄玻璃。在概念验证研究中,这种智能玻璃可区分出?#20013;?#30340;单位数字,其动态性还足以实时检测到?#20013;?#30340;3被改写为8。

智能玻璃的工作原理是,将不同大小和形状的气泡,以及石墨烯等小块吸光材料嵌入玻璃的特定位置。当?#20013;?#25968;字反射的光波穿过玻璃时,它?#19988;?#29305;定的方式被气泡和杂质弯曲,该弯曲过程将光聚焦到玻璃另一侧的10个特定点之一,具体取决于所呈现的数量。10个点分别?#26434;?#25968;字0到9。余宗福将之描述为一把钥匙开一把锁。即使用不同的样式书写,玻璃也可以聚焦光以检测正确的数字。

设计玻璃以识别数字,类似于机器学习的训练过程,只不过训练的对象是模拟材料而不是数字代码。如果光没有通过玻璃聚焦在正确的点,研究团队会稍微调整杂质的大小和位置。经过数千次迭代,玻璃“学会”将光线弯曲到正确的位置。余宗福说,这些杂质基本上就像“人工神经元?#34180;?/p>

余宗福指出,光传播的波动力学为模拟人工神经计算提供了新的方法。其优点是,计算是完全被动的,且为材料所固有,这意味着可识别图像的智能玻璃可使用数十万次。

目前,人们使用面部识别解锁手机时,人工智能都会占用大量的计算资源并消耗电力。未来,智能玻璃有可能被用作一种“生物识别锁”,一块玻璃只识别一个人的?#24120;?#20174;而大大提高手机的安全性。这?#20013;?#24039;、廉价的一次性智能产品,将能在能源、带宽和?#24335;?#36164;源极其紧张的情况下运行。

不过,智能玻璃是否具有实用性?#26434;?#24453;深入研究,主要?#19988;?#20026;智能玻璃尚缺乏在计算机处理器上运行、可用于多种不同任务的灵活性。

总编辑圈点

能识别数字的智能玻璃!真?#27465;?#38395;所未闻、大开脑洞的设计。我?#19988;?#21069;没想到,玻璃这么简单的东西也可?#21592;弧?#22521;训?#34180;?#24819;想也对:处理一些简单的任务,的确没必要引入像脑组织一样复杂的结构。除了能辨认形象的玻璃,还有能自动变形的液态金属……从近年的新发明也能看出,材料工程还?#34892;?#22810;有趣的领域等待开掘。

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