圖說：上理工團(tuán)隊提出納米加工技術(shù)領(lǐng)域“全光推理全息納米結(jié)構(gòu)”研究方案 來源／采訪對象供圖

 用激光在納米尺度打印一層特殊的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，這層“超級薄膜”就能讓普通的圖像傳感器具備“識圖”的智能，而且還是低功耗的。今天，上海理工大學(xué)未來光學(xué)實驗室人工智能納米光子學(xué)中心顧敏院士團(tuán)隊在《光：科學(xué)與應(yīng)用》（Light: Science and applications）雜志上發(fā)表高水平論文“CMOS集成納米打印高神經(jīng)元密度近紅外推理感知器”（Nanoprinted high-neuron-density optical linear perceptrons performing near-infrared inference on a CMOS chip），提出了納米加工技術(shù)領(lǐng)域“全光推理全息納米結(jié)構(gòu)”研究方案，這項研究讓“識別”可以在一只鏡頭上“離線”實現(xiàn)。

論文第一作者、上理工特聘研究員艾蓮娜·高伊（Elena Goi）博士介紹，目前被廣泛應(yīng)用的人臉識別功能首先由傳感器收集人臉光學(xué)信息，發(fā)送到計算機(jī)轉(zhuǎn)化為電子信息再進(jìn)行數(shù)據(jù)分析與輸出，而團(tuán)隊自主研發(fā)的激光納米打印技術(shù)，在可見光和近紅外波段制備了一種全新的全息感知器，可以將AI光學(xué)器件直接集成到現(xiàn)有的成像傳感器中，省略了傳統(tǒng)方式“光到電”的轉(zhuǎn)換過程，并且實現(xiàn)智能推演。這項技術(shù)與毫米波、微波等波段運行的衍射設(shè)備和集成光子硬件相比，算力提高了6個數(shù)量級；在單層納米尺度每平方厘米部署超過5億個神經(jīng)元，密度達(dá)到人類大腦神經(jīng)元的1／400。

在實驗中，經(jīng)過學(xué)習(xí)訓(xùn)練，新器件能夠分辨手寫字母和鑰匙、蝴蝶等圖像。這項技術(shù)意味著光學(xué)信息處理直接在光域內(nèi)完成，未來將在安檢、醫(yī)療影像、智能駕駛、衛(wèi)星圖像處理等領(lǐng)域帶來占用空間更小、能耗更低、成本更低的智能光電器件?！跋喈?dāng)于在成像傳感器上放置量身定制的、針對特定任務(wù)的智能眼鏡，可以在CMOS檢測到傳入的光學(xué)信息之前對這些信息進(jìn)行處理。”顧敏提到，這項研究首次通過實驗證實了近紅外的光學(xué)智能推演，進(jìn)一步創(chuàng)新機(jī)器學(xué)習(xí)算法、增強(qiáng)光機(jī)器學(xué)習(xí)，未來智能成像設(shè)備、光保真技術(shù)（Li-Fi）、安全訪問系統(tǒng)等新應(yīng)用都將應(yīng)運而生。

這項研究工作得到上海張江國家自主創(chuàng)新示范區(qū)專項發(fā)展資金重大項目資助。