Cюрприз из ВисконсинаCюрприз из Висконсина

Системами распознавания сегодня никого не удивишь. Так, распознавать владельца по биометрическим данным может любой мало-мальски навороченный смартфон. Но для этого требуется как минимум наличие камеры и микросхемы. Последняя разработка Висконсинского университета в Мэдисоне выглядит как самое обычное стекло. Но у него есть секрет – способность мгновенно распознавать любые изображения.

Чудо-пластинки
В сфере оптики новинок пока насчитывается не так уж и много. Правда, в прошлом году американские ученые создали первую оптическую нейросеть, а также представили камеру, для работы которой не требуется фокус, и чип, предназначенный для оптического квантового компьютера. Ожидается, что все эти разработки получат массовую реализацию в ближайшем будущем.
И вот новый проект, представленный на недавней Конференции по лазерам и электрооптике в Балтиморе. Выглядит детище специалистов из Висконсина как квадратные пластинки тонкого полупрозрачного стекла, внутри которого на определенных участках специально сформированы микроскопические дефекты – пузырьки воздуха различного размера и инородные вкрапления в виде кусочков светопоглощающих материалов, таких как графен. Все эти элементы имеют свойство преломлять световой поток. По словам одного из участников проекта, аспиранта Эрфана Хорама, если с одной стороны такого стекла вручную нарисовать на светящемся фоне или листе бумаги цифры от 1 до 9, свет от изображения падает на стекло и, проходя сквозь него, фокусируется и концентрируется в одной из девяти точек, каждая из которых соответствует конкретному числу. Кстати, когда стеклу попытались «подсунуть» подделку – изображение цифры «3», которую попытались переделать в восьмерку, система смогла ее успешно идентифицировать.
По словам авторов изобретения, в процессе проектирования «умное» стекло прошло нечто вроде «машинного обучения», которое обычно проходят цифровые нейронные сети, только на этот раз речь идет о физическом, а не цифровом материале.

Эконом-вариант
В чем же преимущества таких технологий? Прежде всего в их простоте и низкой себестоимости. Для работы им не требуются ни камеры, ни сенсоры, ни подключение к Сети. Ведь сейчас для того, чтобы получить результат распознавания, применяются искусственные нейронные сети с повышенным потреблением значительных вычислительных и энергоресурсов.
Работают стекла буквально со скоростью света, одну пластинку можно использовать сотни тысяч раз. Но самое главное – здесь не нужен источник питания! «Мы используем оптику, чтобы вместить возможности стандартного набора из камер, сенсоров и глубинных нейросетей в кусок тонкого стекла», – поясняет один из разработчиков, профессор электротехники и вычислительной техники Висконсинского университета Цзунфу Ю.

От сложного к простому
Далее авторы намерены обучить чудо-стекло распознавать другие виды изображений, например человеческие лица. Ведь на сегодняшний день эта процедура требует значительных энергозатрат. Предположим, если мобильное устройство заблокировано, то процесс распознавания существенно расходует заряд батареи.
В перспективе, если смартфон или планшет, оснащенный таким «волшебным» стеклом, разрядился и рядом нет розетки, сканер все равно станет работать. Владельцу достаточно будет взять в руки гаджет, чтобы быть «узнанным». Правда, сканер будет в состоянии распознать лишь одно лицо.
По мнению экспертов, система будет применяться в устройствах нового поколения, заменив собой сложные и ресурсоемкие алгоритмы наподобие Face ID.
Еще одна цель разработчиков – сделать стеклянную пластину «многозадачной». Так, одну ее часть можно будет применять для распознавания чисел, другую – для распознавания букв, третью – для сканирования биометрических данных.
Мы привыкли, что технологии идут по пути все большего усложнения, а заодно требуют все больших ресурсов. Так что изобретатели из Висконсина преподнесли потенциальным пользователям самый настоящий сюрприз, который, возможно, в каком-то смысле перевернет мир.