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智能玻璃僅用光就能識別數字

2019-07-10 來(lái)源：科技日報

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【中玻網(wǎng)】智能玻璃經(jīng)過(guò)類(lèi)似于機器學(xué)習的訓練，“學(xué)會(huì )”將光線(xiàn)彎曲到正確的位置。

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　　據新一期《光子學(xué)研究》雜志報道，美國研究人員創(chuàng )造性地設計出一種“聰明”的玻璃，其僅利用光就能識別和區分圖像，而且無(wú)需電力、傳感器即可運行。

　　威斯康星大學(xué)麥迪遜分校電氣和計算機工程系余宗福教授領(lǐng)導的團隊，使用光學(xué)系統將相機、傳感器和高層度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )的正常設置壓縮成一塊薄玻璃。在概念驗證研究中，這種智能玻璃可區分出手寫(xiě)的單位數字，其動(dòng)態(tài)性還足以實(shí)時(shí)檢驗到手寫(xiě)的3被改寫(xiě)為8。

　　智能玻璃的工作原理是，將不同大小和形狀的氣泡，以及石墨烯等小塊吸光材料嵌入玻璃的特定位置。當手寫(xiě)數字反射的光波穿過(guò)玻璃時(shí)，它們以特定的方式被氣泡和雜質(zhì)彎曲，該彎曲過(guò)程將光聚焦到玻璃另一側的10個(gè)特定點(diǎn)之一，具體取決于所呈現的數量。10個(gè)點(diǎn)分別對應數字0到9。余宗福將之描述為一把鑰匙開(kāi)一把鎖。即使用不同的樣式書(shū)寫(xiě)，玻璃也可以聚焦光以檢驗正確的數字。

　　設計玻璃以識別數字，類(lèi)似于機器學(xué)習的訓練過(guò)程，只不過(guò)訓練的對象是模擬材料而不是數字代碼。如果光沒(méi)有通過(guò)玻璃聚焦在正確的點(diǎn)，研究團隊會(huì )稍微調整雜質(zhì)的大小和位置。經(jīng)過(guò)數千次迭代，玻璃“學(xué)會(huì )”將光線(xiàn)彎曲到正確的位置。余宗福說(shuō)，這些雜質(zhì)基本上就像“人工神經(jīng)元”。

　　余宗福指出，光傳播的波動(dòng)力學(xué)為模擬人工神經(jīng)計算提供了新的方法。其優(yōu)點(diǎn)是，計算是完全被動(dòng)的，且為材料所固有，這意味著(zhù)可識別圖像的智能玻璃可使用數十萬(wàn)次。

　　目前，人們使用面部識別解鎖手機時(shí)，人工智能都會(huì )占用大量的計算資源并消耗電力。未來(lái)，智能玻璃有可能被用作一種“生物識別鎖”，一塊玻璃只識別一個(gè)人的臉，從而大大提高手機的安全性。這種小巧、廉價(jià)的一次性智能產(chǎn)品，將能在能源、帶寬和資金資源較其緊張的情況下運行。

　　不過(guò)，智能玻璃是否具有實(shí)用性仍有待深入研究，主要是因為智能玻璃尚缺乏在計算機處理器上運行、可用于多種不同任務(wù)的靈活性。

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