Científicos de la Universidad de Ciencias de Tokio han fabricado un dispositivo autoalimentado basado en células solares sensibilizadas con colorantes que imita el comportamiento sináptico humano para el procesamiento de inteligencia artificial.
El artículo de investigación «Self-Powered Dye-Sensitized Solar-Cell-Based Synaptic Devices for Multi-Scale Time-Series Data Processing in Physical Reservoir Computing» (Dispositivos sinápticos basados en células solares sensibilizadas por colorante y autoalimentados para el procesamiento de datos de series temporales a múltiples escalas en computación de reservorios físicos), publicado en la revista ACS Applied Materials & Interfaces, explica que la computación de reservorios físicos (RPC, por su acrónimo en inglés) mediante dispositivos sinápticos es un prometedor dispositivo de inteligencia artificial para la predicción de emergencias como infartos, catástrofes naturales y fallos en tuberías.
El estudio detalla cómo los científicos fabricaron un dispositivo sináptico basado en células solares sensibilizadas por colorantes con constantes temporales controlables cambiando la intensidad de la luz. «Para procesar series temporales de datos ópticos de entrada con distintas escalas temporales, es esencial fabricar dispositivos acordes con la escala temporal deseada», explica Takashi Ikuno, uno de los investigadores principales. «Inspirándonos en el fenómeno de la posimagen del ojo, ideamos un novedoso dispositivo sináptico humano optoelectrónico que puede servir de marco computacional para sensores ópticos de IA de borde que ahorran energía».
El dispositivo utiliza tintes basados en derivados del escualio e incorpora funciones de entrada óptica, cálculo de IA, salida analógica y suministro de energía a nivel de material. Mostró características sinápticas, como la facilitación de pulsos emparejados y la depresión de pulsos emparejados, en respuesta a la intensidad de la luz.
Cuando el dispositivo se utilizó como capa de reserva del PRC, clasificó movimientos humanos como agacharse, saltar, correr y caminar con una precisión superior al 90%. Los científicos comprobaron que el rendimiento de una tarea de procesamiento temporal se conseguía cambiando la intensidad de la luz, incluso cuando se variaba la anchura del pulso de entrada.
Gracias a la célula solar, su consumo de energía fue el 1% del requerido por los sistemas convencionales. «Hemos demostrado por primera vez en el mundo que el dispositivo desarrollado puede funcionar con un consumo de energía muy bajo y, sin embargo, identificar el movimiento humano con un alto índice de precisión», declaró Ikuno, señalando que la innovación propuesta podría revolucionar las aplicaciones de IA de bajo consumo en las tecnologías de control sanitario, vigilancia y automoción.
«Esta invención puede utilizarse como un sensor óptico de IA de borde de uso masivo que puede acoplarse a cualquier objeto o persona, y que puede repercutir en el coste que supone el consumo de energía, como las cámaras montadas en automóviles y los ordenadores montados en automóviles», explicó Ikuno. «Este dispositivo puede funcionar como un sensor capaz de identificar el movimiento humano con un bajo consumo de energía, por lo que tiene el potencial de contribuir a la mejora del consumo energético de los vehículos».
El sistema también podría utilizarse como sensor óptico de bajo consumo en smartwatches y dispositivos médicos autónomos, reduciendo significativamente sus costes hasta hacerlos comparables o incluso inferiores a los de los dispositivos médicos actuales.
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