香港城市大學(xué)（城大）領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊成功研發(fā)嶄新人工視覺系統(tǒng)，每次突觸反應(yīng)耗能較人腦少逾九成。其極低耗電量有助以媲美人腦的效率執(zhí)行數(shù)據(jù)密集認(rèn)知任務(wù)，有利新一代人工智能發(fā)展。

研究團(tuán)隊由城大材料科學(xué)及工程學(xué)系副系主任何頌賢教授領(lǐng)導(dǎo)。研究成果已於學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)進(jìn)展》上發(fā)表，題為「基於氧化物超晶格納米線中的準(zhǔn)二維電子氣研製的人工視覺系統(tǒng)」。

長久以來，科學(xué)家一直致力於研發(fā)像人類大腦般輕巧、具能源效益及適應(yīng)能力的人工智能電腦。人類靠大腦內(nèi)的突觸為不同部位的神經(jīng)元傳遞信息，而人工突觸就是模仿人類大腦有效傳遞神經(jīng)信號和記憶功能。

何教授說：「可是現(xiàn)有人工突觸若要做到耗能極低、但又能有效模仿人腦的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)溝通效能，仍是一大挑戰(zhàn)。」

為提升人工突觸的能源效益，何教授的研究團(tuán)隊首次把「準(zhǔn)二維電子氣」引入人工神經(jīng)形態(tài)系統(tǒng)。團(tuán)隊開發(fā)的半導(dǎo)體材料氧化物超晶格納米線，讓電子在超晶格內(nèi)自由走動，成功研發(fā)準(zhǔn)二維電子氣光子突觸。其每次突觸反應(yīng)耗能甚低，最低少於千萬億分之一焦耳，比人腦突觸足足少93%。

當(dāng)接觸到光脈衝時，這些自由電子會與環(huán)境中的氧氣分子引發(fā)一系列反應(yīng)，改變光子突觸的電導(dǎo)，達(dá)到類似人腦突觸神經(jīng)信號變化的效果。因此，準(zhǔn)二維電子氣光子突觸可模擬人腦神經(jīng)元傳遞信號和記憶信號的功能。

何教授解釋：「超晶格納米線材料具有特殊性能，使該人工突觸集感光和記憶功能於一身，不必另設(shè)額外記憶模組作儲存電荷之用，從而節(jié)省能耗。」該人工視覺系統(tǒng)能有效準(zhǔn)確地感測光刺激，並「記住」該光刺激的形狀長達(dá)一小時。何教授形容，就如「我們的大腦會記住眼睛所見的事物一段時間一樣」。

何教授說：「實驗結(jié)果顯示人工視覺系統(tǒng)利用特製的光子突觸，能以極低耗能，執(zhí)行感光、人腦般運算和記憶的功能。我們相信該研究成果可為仿生設(shè)備、電子眼睛及多功能機(jī)器人開拓發(fā)展前景。」

合成光子突觸和人工視覺系統(tǒng)更毋需使用複雜儀器，可以大規(guī)模和低成本的方式，在柔性塑料上製備。

何教授是論文的通訊作者，論文第一作者是博士生孟優(yōu)和李方舟。來自城大的研究團(tuán)隊成員還有卜修明博士、葉晨寶博士、康小林、魏仁杰、李達(dá)攀和王飛。團(tuán)隊其他成員則來自電子科技大學(xué)、九州大學(xué)及東京大學(xué)。

這項研究獲城大、香港研究資助局、國家自然科學(xué)基金會、深圳市科技創(chuàng)新委員會資助。