Przejdź do treści

Chalcogenide‐Based Brain‐Inspired Photo‐Synapses for Neuromorphic Vision Sensor: An Experimental and Theoretical Study

Dwuwymiarowe memrystory oparte na chalkogenidach mają potencjał do zastosowania w sztucznych biologicznych systemach wzrokowych, ponieważ ich zachowanie synaptyczne można modulować zarówno optycznie, jak i elektrycznie. Ponadto materiały dwuwymiarowe typu van der Waalsa, takie jak SnS₂, mogą być wykorzystane do integracji wielofunkcyjnych urządzeń optoelektronicznych poprzez racjonalne projektowanie. W niniejszej pracy przedstawiono symulację ludzkiego biologicznego systemu wzrokowego przy użyciu wielofunkcyjnych optoelektronicznych urządzeń synaptycznych. Obliczenia metodą DFT oparte na pierwszych zasadach wykazują, że SnS₂ jest półprzewodnikiem o przerwie energetycznej 2,47 eV. Wejścia elektryczne i optyczne mogą być kontrolowane w celu realizacji funkcji pamięci i logiki zgodnych z tymi, które występują w korze wzrokowej mózgu. W szczególności memrystor SnS₂ wykazuje znakomite możliwości rozpoznawania liter oraz pamięci obrazów w zależności od długości fali światła, naśladując biologiczną siatkówkę. Gdy urządzenie siatkówki SnS₂ jest stosowane jako rdzeń przetwarzający, symulacje widzenia maszynowego wskazują na doskonałą dokładność wynoszącą 98,51% dla zbioru danych Modified National Institute of Standards and Technology (MNIST). Dzięki doskonałej fotoczułości SnS₂ urządzenia te mogą działać przy ultraniskim napięciu 0,1 V, zużywając 0,345 nJ energii na jedno zdarzenie. Co istotne, fotosynaptyczne urządzenie oparte na SnS₂ może realizować operacje logiczne OR i AND poprzez zmianę długości fal optycznych. Wyniki te otwierają drogę do rozwoju zaawansowanych systemów wizyjnych dla robotyki z innowacyjnymi możliwościami obliczeń neuromorficznych. Kluczową innowacją tego badania jest integracja eksfoliowanego dwuwymiarowego memrystora optoelektronicznego SnS₂ z hybrydowym systemem AI, w którym empirycznie określone cechy synaptyczne są wykorzystywane do kierowania treningiem modelu sieci neuronowej w zadaniach rozpoznawania obrazów.

Artykuł:

Small

Autorzy z PW:

Syed Hassan Abbas Jaffery 

Dyscyplina:

Rok wydania: