玻璃或?qū)⒋砣斯ひ曈X的未來

目前許多智能手機(jī)應(yīng)用的先進(jìn)人臉識別技術(shù)，有朝一日或?qū)⒈灰环N看起來、聽起來都 “簡單”到令人驚訝的技術(shù)所替代。

根據(jù)不同場景、圖像或該試驗(yàn)中的數(shù)字，穿過“智能”玻璃的光會以特定圖案彎曲。如果透過的光與預(yù)期的圖案匹配，意味著玻璃能夠“識別”所看到的內(nèi)容。

這一通向未來的“簡單技術(shù)”就是一塊玻璃。據(jù)麥姆斯咨詢報(bào)道，美國威斯康星大學(xué)麥迪遜分校（University of Wisconsin–Madison）的研究人員設(shè)計(jì)了一種“智能”玻璃片，無需任何傳感器、電路或電源，就能實(shí)現(xiàn)圖像識別。

“我們正在利用光學(xué)系統(tǒng)將通常的攝像頭、傳感器和深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)全部‘壓縮’成一塊薄玻璃片，”威斯康星大學(xué)麥迪遜分校電氣和計(jì)算機(jī)工程教授Zongfu Yu說。

Yu及其同事在Photonics Research雜志上發(fā)表了這項(xiàng)概念驗(yàn)證研究。

乍一看，將人工智能嵌入一種惰性物體，似乎是科幻小說中的概念。不過，這確實(shí)是一種開辟新型低功耗電子產(chǎn)品的巨大進(jìn)步。

現(xiàn)在，每當(dāng)我們拿起智能手機(jī)用人臉識別功能解鎖時(shí)，人工智能（AI）都會占用大量的計(jì)算資源和電池電能。未來，利用一塊玻璃或許就可以識別我們的臉，并且不需要消耗任何能量。

“這與典型的機(jī)器視覺技術(shù)路線完全不同，”Yu介紹說。

Yu及其同事設(shè)計(jì)了一塊看起來半透明的方型玻璃片。在其中，有策略地嵌入微小的氣泡或某種雜質(zhì)，然后玻璃片會以特定的方式彎曲光線，從而區(qū)分不同的圖像。這也是一種人工智能實(shí)踐。

這種“智能”玻璃的圖像識別原理

為了證明他們提出的概念，研究人員設(shè)計(jì)了一種方法來制作可以識別手寫數(shù)字的玻璃片。從數(shù)字圖像發(fā)出的光進(jìn)入玻璃的一端，然后聚焦到另一端的九個特定點(diǎn)位，每個點(diǎn)位對應(yīng)不同的數(shù)字。

玻璃片的動態(tài)響應(yīng)足以實(shí)時(shí)檢測數(shù)字3被手寫改為數(shù)字8。

從3改寫成8的輸出變化

“試驗(yàn)證明，我們能夠以如此簡單的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)這種復(fù)雜的識別過程，”Yu實(shí)驗(yàn)室研究生Erfan Khoram說。

設(shè)計(jì)一款可以識別數(shù)字的玻璃，類似于機(jī)器學(xué)習(xí)的訓(xùn)練過程，不同的是，研究人員“訓(xùn)練”的是模擬材料，而不是數(shù)字代碼。具體來說，研究人員需要試驗(yàn)在玻璃內(nèi)的特定位置放置不同尺寸和形狀的氣泡以及石墨烯等小塊光吸收材料。

“我們習(xí)慣了數(shù)字計(jì)算，這一方案拓寬了我們的思維，”Yu說，“利用光傳播的光波動力學(xué)，提供了一種執(zhí)行模擬人工神經(jīng)計(jì)算的新方法?！?/p>

該方案的優(yōu)點(diǎn)之一，是計(jì)算完全是被動的并且是材料本身固有的，這意味著一塊圖像識別玻璃可以使用無數(shù)次。

“我們可以利用這種玻璃作為生物識別解鎖工具，它可以設(shè)定為只能識別一個人的臉，”Yu說，“一旦完成，它可以永遠(yuǎn)工作，而且不需要電能或互聯(lián)網(wǎng)，這意味著即使在數(shù)千年之后，它也能為我們提供信息安全?！?/p>

此外，這是通過玻璃扭曲光波來區(qū)分不同圖像的，因此，它的識別是以光速運(yùn)行的。

雖然前期“訓(xùn)練”過程可能耗時(shí)且計(jì)算量很大，但是玻璃本身制造起來既簡單又便宜。

未來，研究人員將進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)他們的方法是否適用于人臉識別等更復(fù)雜的任務(wù)。

“這項(xiàng)技術(shù)的真正優(yōu)勢在于它能夠在沒有任何能耗的情況下即時(shí)處理復(fù)雜的分類任務(wù)，”哥倫比亞大學(xué)研究和統(tǒng)計(jì)學(xué)教授、該研究共同作者M(jìn)ing Yuan說，“這些任務(wù)是創(chuàng)建人工智能的關(guān)鍵，例如訓(xùn)練無人駕駛汽車識別交通信號等。”

與人類視覺不同，人類視覺可以識別無數(shù)個不同物體，具有令人難以置信的通用性，這種智能玻璃僅在特定應(yīng)用中表現(xiàn)出色，例如，一片可用于識別數(shù)字，另一片用于識別字母，再另一片用于識別人臉，等等。

“我們一直在思考如何在未來為機(jī)器提供視覺，創(chuàng)建一種應(yīng)用特定、任務(wù)驅(qū)動型技術(shù)，”Yu說，“這一方案幾乎改變了我們設(shè)計(jì)機(jī)器視覺的方方面面?！?/p>