حسگری که نویدبخش به دست آوردن بینایی از دست رفته است

پژوهشگران «دانشگاه پنسیلوانیا» نوعی حسگر ساخته‌اند که از توانایی چشم انسان برای دیدن رنگ تقلید می‌کند و شاید روزی بتواند به عنوان جایگزین سلول‌های مرده یا آسیب‌دیده چشم، در به دست آوردن بینایی از دست رفته کمک کند.

به گزارش ایسنا و به نقل از نوروساینس نیوز، آشکارسازهای نوری حساس به نورهای قرمز، سبز و آبی، از سلول‌های مخروطی چشم ما تقلید می‌کنند.

بیشتر بخوانید: اخباری که در وبسایت منتشر نمی‌شوند!

این در حالی است که الگوریتم نورومورفیک، شبکه عصبی ما را برای پردازش اطلاعات و تبدیل کردن آنها به تصاویر با کیفیت بالا شبیه‌سازی می‌کند. برخلاف دوربین‌های مدرن که به فیلترهای بیرونی نیاز دارند، این فناوری می‌تواند وضوح تصویر را بهبود ببخشد و هزینه‌های ساخت را کاهش دهد. همچنین، این دستگاه با جذب نور الکتریسیته تولید می‌کند که به ارائه یک دوربین بدون باتری می‌انجامد.

دانشمندان «دانشگاه پنسیلوانیا»(Penn State) با الهام از طبیعت، دستگاه جدیدی ساخته‌اند که با تقلید از گیرنده‌های نور قرمز، سبز، آبی و شبکه عصبی چشم انسان، تصاویری را تولید می‌کند.

«کای وانگ»(Kai Wang)، دانشیار پژوهشی در گروه علوم و مهندسی مواد دانشگاه پنسیلوانیا گفت: ما این طرح را از طبیعت الهام گرفتیم. شبکیه چشم ما حاوی سلول‌های مخروطی است که به نورهای قرمز، سبز و آبی حساس هستند و یک شبکه عصبی را در بر دارد که حتی پیش از اینکه اطلاعات به مغز منتقل شوند، پردازش آنچه را که می‌بینیم، آغاز می‌کند. این روند طبیعی، دنیای رنگارنگی را ایجاد می‌کند که ما می‌توانیم ببینیم.

برای دستیابی به این هدف در یک دستگاه مصنوعی، دانشمندان یک حسگر جدید حاوی آشکارسازهای نوری باریک پروسکایت را ابداع کردند که مشابه سلول‌های مخروطی ما است و آن را به یک الگوریتم نورومورفیک متصل می‌سازد که برای پردازش اطلاعات و تولید تصاویر با کیفیت بالا، از شبکه عصبی ما تقلید می‌کند.

آشکارسازهای نوری، انرژی نور را به سیگنال‌های الکتریکی تبدیل می‌کنند و برای دوربین‌ها و بسیاری از فناوری‌های نوری دیگر ضروری هستند. به گفته دانشمندان، آشکارسازهای نوری باریک می‌توانند روی بخش‌های جداگانه طیف نور مانند رنگ‌های قرمز، سبز و آبی که نور مرئی را تشکیل می دهند، تمرکز کنند.

وانگ ادامه داد: ما در این پژوهش، روش جدیدی را برای طراحی مواد پروسکایت یافتیم. ما سه ماده متفاوت پروسکایت را به گونه‌ای طراحی کردیم که فقط می‌توانند به رنگ‌های قرمز، سبز یا آبی حساس باشند.

به گفته دانشمندان، این فناوری ممکن است نشان‌دهنده راهی برای استفاده از فیلترهای موجود در دوربین‌های مدرن باشد که وضوح را کاهش می‌دهند و هزینه و پیچیدگی ساخت را بالا می‌برند.

آشکارسازهای نوری سیلیکونی به کار رفته در دوربین‌ها، نور را جذب می‌کنند اما رنگ‌ها را تشخیص نمی‌دهند. یک فیلتر بیرونی، رنگ‌های قرمز، سبز و آبی را از هم جدا می‌کند و فیلتر فقط به یک رنگ اجازه می‌دهد به همه بخش‌های حسگر نور برسد. بدین ترتیب، دو سوم نور ورودی هدر می‌رود.

وانگ گفت: هنگامی که نور فیلتر می‌شود، مقداری از اطلاعات از دست می‌روند اما با استفاده از طراحی ما می‌توان از آن جلوگیری کرد. بنابراین، ما باور داریم این پژوهش ممکن است نویدبخش ابداع یک روش سنجش دوربین در آینده باشد که می‌تواند به افراد کمک کند تا وضوح بالاتری را به دست بیاورند.

از آنجا که دانشمندان از مواد پروسکایت استفاده کردند، باور دارند که دستگاه‌های جدید با جذب نور، انرژی تولید می‌کنند و شاید روزنه‌ای را به روی فناوری دوربین بدون باتری بگشایند.

«لویائو ژنگ»(Luyao Zheng)، پژوهشگر مقطع فوق دکتری دانشگاه پنسیلوانیا گفت: ساختار این دستگاه شبیه به سلول‌های خورشیدی است که از نور برای تولید برق استفاده می‌کنند. هنگامی که به دستگاه نور بتابد، جریانی را تولید می‌کند. بنابراین، برای گرفتن این اطلاعات از نور نیازی به استفاده از انرژی نداریم.

این پژوهش می‌تواند به پیشرفت بیشتر بیوتکنولوژی شبکیه مصنوعی نیز کمک کند. به گفته دانشمندان، دستگاه‌های مبتنی بر این فناوری روزی می‌توانند جایگزین سلول‌های مرده یا آسیب‌دیده چشم ما شوند تا بینایی را دوباره به دست بیاورند.

دانشمندان خاطرنشان کردند که یافته‌های این پژوهش، چندین پیشرفت اساسی را در تحقق دستگاه‌های تشخیص نور پروسکایت نشان می‌دهد که در زمینه‌های گوناگون، از تولید مواد گرفته تا طراحی دستگاه و نوآوری در سیستم‌ها کاربرد دارند.

پروسکایت‌ها نیمه‌رسانا هستند و هنگامی که نور به این مواد برخورد می‌کند، جفت الکترون-حفره را به وجود می‌آورد. ارسال این الکترون‌ها و حفره‌ها در جهت مخالف، همان چیزی است که جریان الکتریکی را تولید می‌کند. دانشمندان در این پژوهش، پروسکایت‌های نازکی را ایجاد کردند که انتقال الکترون-حفره در آنها نامتعادل بود؛ به این معنی که حفره‌ها سریع‌تر از الکترون‌ها در مواد حرکت می‌کردند. دانشمندان دریافتند که با دستکاری ساختار پروسکایت‌های نامتعادل یا نحوه چیدمان لایه‌ها می‌توانند ویژگی‌هایی را مهار کنند تا مواد به آشکارسازهای نوری باریک تبدیل شوند.

آنها با استفاده از این مواد، یک حسگر را ابداع کردند و یک پروژکتور را برای تابش تصویر در دستگاه به کار بردند. اطلاعات جمع‌آوری‌شده در رنگ‌های قرمز، سبز و آبی، به یک الگوریتم نورومورفیک وارد شد تا به پردازش سیگنال و بازسازی تصویر بپردازد.

الگوریتم‌های نورومورفیک، نوعی فناوری محاسباتی هستند که از عملکرد مغز انسان تقلید می‌کنند. وانگ گفت: ما روش‌های متفاوتی را برای پردازش داده‌ها امتحان کردیم. ما تلاش کردیم مستقیما سیگنال‌های منتشر شده از سه رنگ را ادغام کنیم اما تصویر خیلی واضح نبود. در مقابل، وقتی این پردازش نورومورفیک را انجام می‌دهیم، تصویر به دست آمده بسیار نزدیک‌تر به تصویر اصلی است.

به گفته دانشمندان، از آنجا که این الگوریتم از شبکه عصبی شبکیه انسان تقلید می‌کند، یافته‌های پژوهش آنها می‌توانند اطلاعات جدیدی را در مورد اهمیت این شبکه‌های عصبی برای بینایی ما ارائه دهند. وانگ افزود: با ملحق کردن دستگاه خود و این الگوریتم به یکدیگر، می‌توانیم نشان دهیم که عملکرد شبکه عصبی برای پردازش بینایی در چشم انسان بسیار مهم است.

این پژوهش، در مجله «Science Advances» به چاپ رسید.

انتهای پیام

منبع: ایسنا

کلیدواژه: حسگر بینایی شبکیه نمایشگاه اینوتکس هوش مصنوعی معاون آموزشی وزارت بهداشت تلسکوپ فضایی هابل کنکور 1402 دانشجويان علوم پزشكي وزارت بهداشت معاونت علمي و فناوري رياست جمهوري نمایشگاه اینوتکس هوش مصنوعی معاون آموزشی وزارت بهداشت تلسکوپ فضایی هابل دانشگاه پنسیلوانیا گفته دانشمندان رنگ های قرمز برای پردازش دوربین ها شبکه عصبی سبز و آبی رنگ ها

درخواست حذف خبر:

«خبربان» یک خبرخوان هوشمند و خودکار است و این خبر را به‌طور اتوماتیک از وبسایت www.isna.ir دریافت کرده‌است، لذا منبع این خبر، وبسایت «ایسنا» بوده و سایت «خبربان» مسئولیتی در قبال محتوای آن ندارد. چنانچه درخواست حذف این خبر را دارید، کد ۳۷۷۴۰۵۶۹ را به همراه موضوع به شماره ۱۰۰۰۱۵۷۰ پیامک فرمایید. لطفاً در صورتی‌که در مورد این خبر، نظر یا سئوالی دارید، با منبع خبر (اینجا) ارتباط برقرار نمایید.

با استناد به ماده ۷۴ قانون تجارت الکترونیک مصوب ۱۳۸۲/۱۰/۱۷ مجلس شورای اسلامی و با عنایت به اینکه سایت «خبربان» مصداق بستر مبادلات الکترونیکی متنی، صوتی و تصویر است، مسئولیت نقض حقوق تصریح شده مولفان در قانون فوق از قبیل تکثیر، اجرا و توزیع و یا هر گونه محتوی خلاف قوانین کشور ایران بر عهده منبع خبر و کاربران است.

خبر بعدی:

دانشمندان جد گاو و گوزن‌ و خوک را یافتند

فسیل یک پستاندار ۶۵ میلیون ساله در شهر کلرادو اسپرینگز آمریکا یافت شده است که کمی بیش از دو پوند وزن دارد و به گفته دانشمندان، جد همه گاوها، خوک‌ها و گوزن‌هاست.   به گزارش ایسنا، دانشمندان موزه طبیعت و علم دنور(Denver) یک گونه پستاندار ۶۵ میلیون ساله را کشف کرده‌اند که جد حیوانات سُم‌دار مدرن مانند آهو، گاو و خوک است.   به نقل از آی‌ای، این فسیل جدید که میلیتوکودون لایدی(Militocodon lydae) نام دارد در شهر کلرادو اسپرینگز آمریکا پیدا شده و مربوط به دوره بلافاصله پس از انقراض دایناسورهاست.   جمجمه، آرواره‌ها و به اندازه چینچیلا دانشمندان اشاره کردند که میلیتوکودون لایدی با اندازه تقریبی ۲۳ تا ۳۶ سانتی‌متر و کمی بیش از دو پوند وزن تقریباً به اندازه یک چینچیلا است. بقایای جمجمه و فک این موجود در صخره‌هایی که مربوط به دوران بلافاصله پس از انقراض دایناسورها هستند، کشف شد.   این کشف، داده‌های مهمی در مورد تنوع سریع پستانداران پس از انقراض دایناسورها ارائه می‌دهد. به گفته محققان، این کشف می‌تواند سرعت و تنوع گونه‌هایی را که در مدت زمان کوتاهی از تخم بیرون آمده‌اند را آشکار کند.   دکتر تایلر لیسون متصدی موزه دیرینه شناسی مهره داران، اهمیت این کشف را به دلیل وجود سابقه فسیلی ضعیف در این دوره زمانی برجسته کرد. این امر آن را به یک گام بزرگ در ثبت اولین تنوع پستانداران پس از آخرین انقراض دسته جمعی تبدیل می‌کند.   این کشف نور جدیدی را بر تاریخ اولیه تکامل می‌اندازد، اما پیچیدگی‌ها را نیز آشکار می‌کند. به عنوان مثال، دندان‌ها می‌توانند سرنخ‌هایی در مورد رژیم غذایی و روابط تکاملی ارائه دهند. اما وقتی صحبت از جمجمه به میان می‌آید، همانطور که دانشمندان در این مطالعه نتیجه‌گیری می‌کنند، این جمجمه فاقد علائم تشخیصی است. این امر چالش‌هایی را در درک کامل جایگاه آن در درخت تکاملی ایجاد می‌کند.   این پستاندار تازه کشف شده به این دلیل میلیتوکودون لایدی نام گرفت که دو نفر از مشارکت کنندگان برجسته این پژوهش گرامی داشته شوند. آنها شارون میلیتو، معلم بازنشسته و داوطلب این پروژه و لیدا هیل حامی موزه و قهرمان شهر کلرادو اسپرینگز هستند.   Militocodon lydae میلیتوکودون لایدی، جد گاو و گوزن و خوک   پژوهشی هشت ساله مناطق کورال بلافز و جیمی کمپ در نزدیکی شهر کلرادو اسپرینگز، مکان‌های تحقیقاتی مهمی هستند که صخره‌هایشان آثار ارزشمندی از محیط‌های باستانی را در خود جای داده است.   در سال ۲۰۱۶، دکتر تایلر لیسون و تیمش یک جمجمه پستاندار ۶۵ میلیون ساله را در کورال بلافز نزدیک کلرادو اسپرینگز پیدا کردند و در عرض چند دقیقه، جمجمه‌های دیگری از گونه‌های مختلف از جمله یک پستاندار گیاه‌خوار که ۶۶ تا ۶۳ میلیون سال پیش می‌زیسته به نام کارسیوپتیکوس(Carsioptychus) پیدا کردند.   دکتر لیسون اشاره کرد که قبل از این پیشرفت، آنها نقشه‌های زمین‌شناسی بولیوی، آرژانتین و سایر مکان‌های جهانی را مطالعه می‌کردند.   وی گفت: به اندازه کافی خنده دار است، چرا که ما سرانجام در همین جا در کلرادو به این کشف بزرگ رسیدیم. این دیوانه کننده است، زیرا هرگز فکر نمی‌کنید این اکتشافات بزرگ در همین نزدیکی شما اتفاق بیفتد.   موزه طبیعت و علم دنور از سال ۱۹۹۱ به مطالعه این مکان‌ها پرداخته است و تاکنون بیش از ۱۰۰۰ فسیل مهره‌داران و ۶۰۰۰ فسیل برگ توسط دکتر تایلر لیسون و دکتر یان میلر جمع‌آوری و تجزیه و تحلیل شده است. کانال عصر ایران در تلگرام