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NEW 徐亨卓教授研究组开发出模拟人类视觉的人工智能型光电存储器元件
- 2021-11-10
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2021-09-10
我校的徐亨卓教授研究组成功开发出了可以模仿人类生物视觉储存图像、进行数据判别的人工智能型光电存储器元件。因此，不仅是人工神经型视觉装置的开发，还有望应用于智能光传感器和数据处理、机器人工程等领域。
徐亨卓教授（新材料工学系·研究生院能源系统系，照片中的）研究组表示，他们开发出了感知光图像信号，用非挥发性形态数据进行存储，并根据输入信号可以进行图像存储编程的光存储器元件。 这个元件透明度高，还具有自立电力功能。
相关内容以论文‘为了认知自主电力脑模拟视角的高透明性再排列非挥发性多级光电存储器(Highly transparent reconfigurable non-volatile multilevel optoelectronic memory for integrated self-powered brain-inspired perception)’刊登在纳米领域的国际学术杂志《Nano Energy(IF=17.881)》8月27日网络版上。我校的Kuma Mohit Kumar教授（图右）和研究生硕士课程的任在成学生（图左）一起参与了研究。
人类的视觉认知系统可以实时感知光学信号，根据光刺激的强度或反复，对光信号进行差别识别。不仅可以选择储存接收到的信息，还具有判断是否为重要信息的能力。人类的视觉捕捉光学信息，通过光电转换用适当大小的电钉编码，该信息被发送到大脑的视觉皮层，储存在生物突触网络中。
如果仿照这种光信号感知和信息储存一体化的生物视觉认知方式，就可以进行智能视觉信息处理。在现有技术中,光传感器和存储信息的存储器元件是分开的。另外，为了掌握光信号的意义，还需要信号处理元件，因此，为了处理以智能闭路电视为代表的高层次影像，必须构筑复杂的硬件结构。为了打破这种技术上的困难，最终需要能够代替现有复杂电路、有效、单纯的Humanoid光电子电路设计。为了简化复杂的电路，需要整合能够适应多种环境、区别性地辨别信息并储存的信号处理及存储器储存功能。
亚洲大学研究组为了克服上述局限，综合体现非挥发性存储器功能和智能型光传感器，用高品质二氧化钛氧化物（TiO2）制造了纳米薄膜（光传感器），并在上面制造了镍和镍氧化物（NiO）混合的Corshell纳米卷轴结构连接层（存储器）。此外，还首次制造并配置了均匀配置镍氧化物薄膜（光开关）和银纳米线的异种接合元件，并配置在上层层。 研究组开发的镍氧化物纳米卷轴可以稳定地收集和储存光电流产生的光电荷，是发挥人工智能型非存储作用的核心材料。
研究组利用镍和镍氧化物混合的纳米彩色，控制了氧气公共（金属氧化物的结晶中缺氧的空位）的分布，确保了安全性。 特别是镍氧化物（NiO）纳米卷轴的宽度为20-30纳米，利用原子显微镜测定光电流时，在实际30纳米面积中，显出了稳定的光开关特性，这意味着每英寸面积可获得716GB的像素密度为716GB。
研究组通过此次开发的光元件成功描写了生物视觉认知的多种功能。确认以0.1秒为单位输入的紫外线光脉冲信号可长期强化或弱化，实现人工智能型非挥发性存储器存储及编程，还确认以光信号的强度、电压极性及大小为变数，可通过高标准(multi-level)储存和辨别光信号。利用研究组的光元件，即使是同一世纪和次数的光脉冲信号，也可以通过变压来强化或弱化数据，这意味着在人类生物视觉认知中反复认知的视觉数据长期被记住，而一次性视觉数据则与马上遗忘的效果相同。研究组组成了实际开发的元件的5x5像素阵列，演示了简单的文字辨别，确认了可以进行图像辨别。
徐亨卓教授表示"将人类的视觉认知系统从目前的技术水平体现为集成电路元件，需要非常复杂的结构"，"通过此次研究，成功开发出了在元件等级上更加简单的存储器综合型光传感器，今后可以应用于人工智能型光认知系统的开发"。
徐教授补充说:"通过追加研究和开发，最终有望在智能监控设备、数据处理、机器人工程等领域广泛应用。"
此次研究是在科学技术信息通信部、韩国研究财团主管的中坚、基本基础研究支援事业的支援下进行的。
（注：本文出现的所有人名均系音译）