Il chip neuromorfico per la visione fornirà una visione istantanea ad auto e robot

Informatica

Redazione del sito web di Innovazione Tecnologica - 15/05/2025

Prototipo del chip neuromorfico per la visione artificiale che fa tutto da solo, in tempo reale. [Immagine: Will Wright/RMIT]

Visione artificiale neuromorfica

Gli ingegneri australiani hanno creato un piccolo chip neuromorfico che rileva i movimenti, immagazzina ricordi ed elabora le informazioni in modo simile al cervello umano, senza bisogno di un computer esterno.

Questa capacità di funzionamento autonomo di un chip per la visione artificiale rappresenta un passo importante verso l'elaborazione visiva istantanea a bordo, come quella richiesta nei veicoli autonomi, nella robotica e in altre applicazioni che prevedono l'interazione umana con apparecchiature automatizzate.

"I sistemi di visione neuromorfica sono progettati per utilizzare un'elaborazione analogica simile a quella del nostro cervello, il che può ridurre significativamente la quantità di energia richiesta per eseguire compiti visivi complessi, rispetto alle tecnologie digitali utilizzate oggi", ha affermato Sumeet Walia della RMIT University.

La base per la creazione di questo innovativo chip è una stella dell'elettronica di nuova generazione, un composto metallico noto come bisolfuro di molibdeno (MoS ₂ ) - o, più informalmente, molibdenite .

Il prototipo presentato ora è un'ottimizzazione di un chip neuromorfico che imita insieme la retina e il cervello , che il team sta sviluppando da circa tre anni.

"Abbiamo dimostrato che il disolfuro di molibdeno atomicamente sottile può replicare accuratamente il comportamento del neurone "integra-and-fire", un elemento fondamentale delle reti neurali spiking", ha affermato il ricercatore Thiha Aung.

Schema del neurone artificiale a base di molibdeno e del sistema di acquisizione, elaborazione e archiviazione delle immagini. [Immagine: Thiha Aung et al. - 10.1002/admt.202401677]

Vista in tempo reale

Nella loro ultima scoperta, il team ha scoperto come i difetti su scala atomica nella molibdenite possono essere sfruttati per catturare la luce ed elaborarla sotto forma di segnali elettrici, in modo molto simile a come funzionano i neuroni nel nostro cervello.

"Questo dispositivo proof-of-concept imita la capacità dell'occhio umano di catturare la luce e quella del cervello di elaborare tali informazioni visive, consentendogli di rilevare istantaneamente un cambiamento nell'ambiente e di creare ricordi senza la necessità di grandi quantità di dati ed energia", ha affermato Walia.

E questo è di gran lunga superiore agli attuali sistemi digitali, che consumano molta energia e devono utilizzare sistemi di memoria separati, il che aggiunge ritardi che rendono difficile prendere decisioni in tempo reale, essenziali in situazioni ad alta velocità, come nei veicoli autonomi o nei robot industriali.

In questa prima dimostrazione, il piccolo chip ha rilevato cambiamenti nel movimento di una mano che saluta, senza dover catturare gli eventi fotogramma per fotogramma: questo è noto come rilevamento dei bordi, che richiede molta meno potenza ed elaborazione dei dati. Una volta rilevati i cambiamenti nell'oggetto (in questo caso una mano), il dispositivo memorizza questi eventi come ricordi, imitando il funzionamento del cervello.

Le dimostrazioni sono state effettuate nello spettro visibile all'occhio umano, superando le precedenti dimostrazioni neuromorfiche effettuate nel dominio ultravioletto. Inoltre, mentre la precedente versione UV prevedeva solo il rilevamento, la creazione di memoria e l'elaborazione di immagini fisse, ora le memorie possono essere resettate, in modo che il chip sia pronto per eseguire la successiva attività di acquisizione.

Imitando il cervello umano, il chip funziona in modalità analogica anziché digitale, il che presenta grandi vantaggi. [Immagine: Thiha Aung et al. - 10.1002/admt.202401677]

Anni a venire

Si tratta di un importante passo avanti nella visione artificiale neuromorfica, ma siamo ancora lontani da un chip realmente funzionale: la dimostrazione del concetto dovrà essere ampliata fino a un numero di pixel in grado di catturare una risoluzione significativa e i processi di produzione industriale dovranno ancora essere migliorati per replicare il chip creato dal team in laboratorio.

"La visione neuromorfica in applicazioni quali veicoli automatizzati e sistemi robotici avanzati, la cui applicazione pratica richiederà ancora molti anni, potrebbe rilevare cambiamenti in una scena quasi istantaneamente, senza la necessità di elaborare grandi quantità di dati, consentendo una risposta molto più rapida che potrebbe salvare vite umane", ha affermato Walia.

"Per i robot che lavorano a stretto contatto con gli esseri umani nell'industria o come assistenti personali, la tecnologia neuromorfica potrebbe consentire interazioni più naturali, riconoscendo e reagendo al comportamento umano con un ritardo minimo", ha affermato il professor Akram Al-Hourani, membro del team.

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