美国研发新一代光子计算技术 可提升自动驾驶传感

盖世汽车讯 据外媒报道，加州大学洛杉矶分校加利福尼亚纳米系统研究所（California NanoSystems Institute at UCLA，CNSI）的研究人员研发了新一代计算技术，旨在在计算领域引入光，即光学计算，此种技术依赖称为光子的光粒子，有望取代传统的电子计算法。此类系统或保留着电子部件、基于光的混合系统，速度更快，但是会消耗更少的能量，可以通过同时并行处理更有效地计算视觉信息。

研究人员制成的设备（图片来源：加州大学洛杉矶分校）

截至目前，光学计算在实现非线性响应方面面临着限制，意味着产生的信号与输入的信号无法直接成比例。而非线性响应可以实现人工智能等通用计算应用。

目前，研究人员们研发的非线性材料和设备都需要大量的光线才可工作。此前，这需要只能在狭窄电磁波谱带内工作的高功率激光器，但随着时间的推移吸收光线，其处理速度会变慢，或者需要采用可以吸收大量光线、能源效率低下的材料，但是此种材料会导致其无法用于需要光效率或透明度的应用。

现在，加州大学洛杉矶分校加利福尼亚纳米系统研究所最近的一项合作研究却介绍了一种可以克服上述障碍的设备。

CNSI在利用光学计算处理视觉信息方面迈出了重要一步：研究人员发现，一个透明像素的微小阵列可以从低功耗的环境光中快速产生（高）宽带、非线性响应。该团队还展示了一款将其设备与一个智能手机摄像头结合使用的应用，以减少图像中的眩光。

加州大学洛杉矶分校Samueli工程学院Volgenau工程创新教授Aydogan Ozcan表示：“光学非线性远远落后于我们对视觉计算应用的需求，我们需要低功耗、高宽带、低损耗和快速的非线性光学系统来满足视觉计算需求。该项研究有助于填补这一空白。”

该技术的潜在应用不止于研究中已经得到证实的眩光减少，还包括多种消费和工业用途，如改进自动驾驶汽车的传感、能够识别特定物体同时隐藏其他物体的摄像头；图像加密；以及高效、有效地在机器人流水线识别缺陷等。

此种设备有许多优点，例如，传入的图像可以在不转换为数字信号的情况下进行处理，从而加快了获取结果的速度，并减少了发送到云端进行数字处理和存储的数据量。研究人员设想，将其技术与廉价的摄像头连接在一起，并压缩数据，以产生比以前实现的分辨率更高的图像，并更加精确、准确地捕捉有关空间中物体排列和光线中电磁光谱的有用信息。

加州大学洛杉矶分校电子和计算机工程及生物工程教授兼CNSI的副主任Ozcan表示：“一个几厘米长的廉价设备就能让低功率摄像头像超高分辨率的摄像头一样工作，从而可以实现高分辨率成像和传感技术的普及。”

该项研究制成的设备是一个1平方厘米的透明平面，使用了一种2D半导体材料，即只有原子厚度的薄膜，由加州大学洛杉矶分校学院化学和生物化学教授Xiangfeng Duan研发。

此种材料薄至透明，同时保留了一些特性，即让入射光子可有效调节电导率。该研究团队将2D半导体与一层液晶耦合，并通过电极阵列使其运转起来。最后制成了一个含有10000个像素的智能滤波器，当被曝光于宽带环境光下时，每个像素都能够有选择地、快速地以非线性方式变暗。

Duan教授表示：“基本上，我们想要采用一种不会吸收大量的光，但仍可以产生足够信号用于处理光的材料。每个像素都可以从完全透明向部分透明再向不透明变化，只需要少量的光子就可以显著改变透明度。”