全光憶阻器的巨大優(yōu)勢在于，它可以將傳統(tǒng)人工視覺系統(tǒng)中的光學(xué)傳感器、存儲器和處理器的功能集成在一起，獲得一種集感知、存儲和計(jì)算于一體的新型人工視覺系統(tǒng)。可以通俗地理解為，全光憶阻器不僅可以像人眼一樣直接感知外界光線信息，還可以像大腦一樣完成信息處理和記憶。

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中科院寧波材料技術(shù)與工程研究所的這項(xiàng)研究成果雖然還處于研究的初級階段，但已經(jīng)足夠激勵(lì)人心了。因?yàn)檫@項(xiàng)成果為實(shí)現(xiàn)人工視覺系統(tǒng)的感覺/記憶/計(jì)算一體化帶來了希望，這是科學(xué)家們孜孜以求的研究目標(biāo)。

要知道，人工視覺系統(tǒng)經(jīng)歷了幾十年的發(fā)展，視覺數(shù)據(jù)的采集、處理和存儲仍然是分離的，需要由傳感器、處理器和存儲器三部分來完成。人工視覺系統(tǒng)的大部分時(shí)間和精力都會浪費(fèi)在三者之間的視覺數(shù)據(jù)傳輸上，嚴(yán)重限制了其工作效率。另外，傳統(tǒng)的人工視覺系統(tǒng)不具備自主學(xué)習(xí)能力，不能快速適應(yīng)各種復(fù)雜場景。

人工視覺系統(tǒng)可以不能有效地完成信息處理任務(wù)，這意味著它不能根據(jù)外部環(huán)境迅速向控制系統(tǒng)發(fā)出指令。所以我們看到的機(jī)器人都很笨拙，無人駕駛汽車的速度也不夠快，無法在實(shí)況道路上安全行駛。

一理想解決方案是將傳感器、處理器、存儲器融為一體，打造集感知、記憶、計(jì)算于一體的新型人工視覺系統(tǒng)。這樣既能從根本上避免視覺系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的重復(fù)傳輸，又能像人腦一樣具有自主學(xué)習(xí)的能力，大大提高了系統(tǒng)的工作效率。

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那么問題來了，如何才能實(shí)現(xiàn)人工視覺系統(tǒng)的感知/存儲/計(jì)算一體化？科學(xué)研究的靈感往往來自大自然本身。人類作為自然界的高等動(dòng)物，得益于我們聰明的大腦。人腦是由大量突觸和神經(jīng)元組成的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其計(jì)算效率遠(yuǎn)高于現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)。因此，構(gòu)建能夠模擬人腦結(jié)構(gòu)和計(jì)算模式的類腦芯片，是實(shí)現(xiàn)人工視覺系統(tǒng)中感覺、記憶和計(jì)算一體化的關(guān)鍵。

一種被稱為憶阻器的新型電子元件，具有簡單的雙端結(jié)構(gòu)、超快的運(yùn)算速度和超低的能耗，在模擬大腦功能方面具有巨大優(yōu)勢，成為構(gòu)建類腦芯片的重要候選。簡單來說，類腦芯片就像摩天大樓，憶阻器就是搭建大樓的磚塊。

憶阻器通常由電信號驅(qū)動(dòng)，對光信號不敏感，導(dǎo)致常規(guī)憶阻器不能直接用于視覺信息處理。2012年，西班牙科學(xué)家Mariana Ungureanu將光信號引入憶阻器的工作機(jī)制，獲得了第一個(gè)光電憶阻器。此后，許多科學(xué)家利用光電憶阻器構(gòu)建人工視覺系統(tǒng)來模擬人類的視覺功能。

然而，近十年來，光電憶阻器是由光信號和電信號混合驅(qū)動(dòng)的。這種操作方式復(fù)雜，不利于視覺信息的高效處理。相比之下，全光信號驅(qū)動(dòng)可以直接利用外部光線實(shí)時(shí)處理視覺信息，是一種非常理想的工作模式，但一直難以實(shí)現(xiàn)。因此，實(shí)現(xiàn)憶阻器的全光信號驅(qū)動(dòng)是科學(xué)家公認(rèn)的巨大挑戰(zhàn)。

令人振奮的是，在中科院材料所科研人員多年的努力下，這一挑戰(zhàn)終于得到了解決。全光學(xué)憶阻器的出現(xiàn)，打破了憶阻器對傳感/記憶/計(jì)算一體化人工視覺系統(tǒng)應(yīng)用的壁壘，相信在不久的將來，它們將走進(jìn)我們的生活。

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實(shí)現(xiàn)人工視覺系統(tǒng)的感覺、存儲、計(jì)算一體化后，會給我們的生活帶來什么樣的影響？最直觀的應(yīng)用領(lǐng)域之一就是無人駕駛。近年來，無人駕駛一直是研究的熱點(diǎn)。雖然在少數(shù)地方有簡單的試驗(yàn)，但這種高科技還沒有大規(guī)模應(yīng)用。一個(gè)重要原因是車上視覺系統(tǒng)的感知、存儲和計(jì)算分離，導(dǎo)致信息處理效率低下，只能根據(jù)具體路況被動(dòng)學(xué)習(xí)和訓(xùn)練。現(xiàn)在，憶阻器全光控制技術(shù)的突破，不僅可以大大提高視覺系統(tǒng)的計(jì)算效率，還可以使其具備自主學(xué)習(xí)的能力，快速適應(yīng)各種路況，變得像人腦一樣足智多謀。

相信無人駕駛的大規(guī)模應(yīng)用已經(jīng)不再遙遠(yuǎn)。安裝集感覺、存儲和計(jì)算于一體的人工視覺系統(tǒng)后，汽車將擁有"黃金眼"。想象一下，我們只需要一個(gè)指令，人工視覺系統(tǒng)就會根據(jù)道路信息自動(dòng)完成駕駛?cè)蝿?wù)。汽車也會自己尋找合適的停車點(diǎn)，大大節(jié)省了我們的出行時(shí)間。人們再也不用擔(dān)心打不到出租車或找不到停車位。依靠人工視覺系統(tǒng)強(qiáng)大的自主學(xué)習(xí)能力，交通事故的發(fā)生率也會大大下降，當(dāng)然這只是無人駕駛的初級階段。

當(dāng)無人駕駛已經(jīng)進(jìn)化到高級階段的時(shí)候，路上很難看到有人開著自己的車，人工駕駛可能會被認(rèn)為是一件瘋狂的事情。無人駕駛汽車已經(jīng)能夠適應(yīng)各種路況信息，在公路上高速行走，安全性能遠(yuǎn)高于人工駕駛。也許到那個(gè)時(shí)候，我們就不我們不必自己買車。我們只需要驗(yàn)證我們的身份，無人駕駛汽車就會帶我們?nèi)ト魏蔚胤健?p>此外，每輛無人駕駛汽車收集的道路信息可以實(shí)時(shí)反饋到超級計(jì)算機(jī)控制中心?？刂浦行耐ㄟ^大數(shù)據(jù)分析，幫助每輛車優(yōu)化行駛路線，不會出現(xiàn)堵車的情況，路上甚至可能不用紅綠燈。

另一個(gè)重要的應(yīng)用將是在機(jī)器人領(lǐng)域。目前機(jī)器人偶爾出現(xiàn)在我們的生活中，但往往反應(yīng)遲鈍，行動(dòng)不便，與我們在電影中看到的機(jī)器人相差甚遠(yuǎn)。已經(jīng)完善的新型人工視覺系統(tǒng)有望改變這一切。它能快速收集周圍的信息，同時(shí)做出判斷，并實(shí)時(shí)反饋給控制系統(tǒng)，使機(jī)器人快速做出反應(yīng)。不僅如此，機(jī)器人還能根據(jù)看到的信息繼續(xù)自主學(xué)習(xí)，會越來越智能，甚至形成自己的思維。

事實(shí)上，全光憶阻器不僅可以處理視覺信息，還可以通過與各種智能傳感器的配合，處理聲音、氣味、溫度、壓力等信號，從而構(gòu)建新的人工聽覺系統(tǒng)、嗅覺系統(tǒng)和觸覺系統(tǒng)。當(dāng)機(jī)器人擁有這些功能時(shí)，它們真的可以像機(jī)器人一樣靈活和聰明

甚至，我們?nèi)祟惪梢詣?chuàng)造一對"金色的眼睛"并通過腦機(jī)接口與大腦連接。這不僅能幫助盲人重見光明，還能給我們一個(gè)超級大腦。我們只需要把想學(xué)的東西在眼前掃一掃，就可以在短時(shí)間內(nèi)完成整個(gè)學(xué)習(xí)過程，獲得很多新知識。

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科學(xué)研究永無止境，人類不斷創(chuàng)造各種奇跡。最后，我想說，科技是一把雙刃劍，科研要有敬畏之心。在追求科技發(fā)展的同時(shí)，我們也需要合理發(fā)展人工智能技術(shù)，實(shí)現(xiàn)我們與自然的和諧共處。