نانو‌چاپ سه بعدی در خدمت ساخت نانوحسگرها کم‌مصرف

امروزه یادگیری ماشینی در زندگی روزمره انسان‌ها نفوذ کرده و میلیون‌ها کاربر هر روز قفل تلفن خود را از طریق شناسایی چهره یا عبور از چک‌های امنیتی خودکار با استفاده از هوش مصنوعی در فرودگاه‌ها باز می‌کنند. این کارها به لطف حسگرهایی است که اطلاعات نوری را جمع آوری می کنند و آنها را به یک شبکه عصبی در کامپیوتر می‌رسانند.

دانشمندانی در چین مدار نوری نانومقیاسی ساخته‌اند که برای راه‌حل‌های احراز هویت پیشرفته بسیار مناسب است. این سیستم با ترکیب دستگاه‌های نوری هوشمند و حسگرهای تصویربرداری، عملکردهای پیچیده‌ای را به راحتی انجام می‌دهد و به چگالی عصبی برابر با یک چهارصدم مغز انسان و قدرت محاسباتی بیش از 10 مرتبه بهتر از پردازنده‌های الکترونیکی دست می‌یابد.

تصور کنید که حسگرها در دستگاه های روزمره قادر به انجام عملکردهای هوش مصنوعی بدون رایانه باشند. گیرنده‌های هولوگرافیک یکپارچه که توسط این تیم تحقیقاتی دانشگاه علوم و فناوری شانگهای به رهبری پروفسور مین گو، تهیه شده است، می تواند چنین رویایی را به حقیقت تبدیل کند. در آینده انتظار می رود که تراکم عصبی این فناوری 10 برابر مغز انسان باشد.

معمولا اطلاعات بصری به اطلاعات الکترونیکی تبدیل می‌شوند، سپس توسط سخت‌افزارهایی با مصرف انرژی بالا، پردازش می شوند. تیم تحقیقاتی پروفسور مین‌گو این مرحله را حذف کرده و اطلاعات نوری را مستقیم و بدون استفاده از هرگونه انرژی پردازش می‌کنند.

النا گوی، از محققان این پروژه می‌گوید :« با استفاده از فناوری نانو ساخت سه بعدی با دقت بالا، ما می‌توانیم عناصر نوری هوش مصنوعی  را به حسگرهای تصویربرداری استاندارد صنعت اضافه کنیم.»

محققان با استفاده از پیشرفته ترین فناوری نانوچاپ سه‌بعدی لیزری، گیرنده های نوری با تراکم نورون بیش از 500 میلیون نورون در سانتی متر مربع ساختند. اندازه بخش‌های مختلف عناصر نوری هوشمند این حسگر در مقیاس نانو باعث می شود که حداکثر توان محاسبه شده برای رمزگشایی افزایش یافته و عملکرد آن در هر ثانیه چند صدهزار برابر بیشتر از سخت افزار فوتونیک یکپارچه شود.

با چاپ این ساختارها به طور مستقیم بر روی تراشه های تصویربرداری CMOS، می توان مدارهای نوری هوش مصنوعی تولید کرد، که نه تنها از روش‌های نوری فعلی پیشی می‌گیرند بلکه پتانسیل کاربرد در طیف وسیعی از زمینه ها از جمله بررسی امنیتی، تشخیص پزشکی و خودروهای خودران را داشته باشند.

این فناوری خانواده جدیدی از دستگاه های کم مصرف با بهره‌وری انرژی بالا برای پردازش اطلاعات نوری را فراهم می‌کند. این ویژگی‌ برای کاربردهایی که در آنها مصرف انرژی بسیار حیاتی است نظیر، دستگاه های حسگر هوشمند در مناطق دور افتاده یا حسگرهای هوشمند برای استقرار طولانی مدت، از اهمیت ویژه ای برخوردار است.