Işık Gücünde Yapay Zeka Kamerası: Elektrik Kullanmadan Görüntüleri %99.4 Daha Hızlı İşliyor

Princeton Üniversitesi ve Washington Üniversitesi’ndeki araştırmacılar, makine zekâsı ve görüntü işleme dünyasında devrim niteliğinde bir teknoloji geliştirdi. Bu yeni kamera, ışık gücüyle çalışan ve elektrik tüketimi olmadan görüntülerin hızla işlenmesini sağlayan bir sistemle dikkat çekiyor. Geleneksel yöntemlere kıyasla %99.4 daha hızlı performans sergileyen bu teknoloji, enerji tüketimini de önemli ölçüde azaltarak yapay zeka uygulamalarını tamamen yeniden tanımlıyor.

Geleneksel Optikten Farklı Bir Yaklaşım

Yeni geliştirilen kamera, geleneksel lensler yerine metayüzey (metasurface) adı verilen özel optik elemanlar kullanıyor. Metayüzeyler, ışığı cam veya plastik gibi malzemelerde olduğu gibi bükmek yerine, mikroskobik yapılar aracılığıyla kırıyor ve dağıtarak kontrol ediyor. Bu sayede, geleneksel kameraların ağırlığına ve karmaşıklığına sahip olmayan, ancak çok daha etkili sonuçlar üreten bir sistem ortaya çıkıyor.

“Bu, optiği düşünmenin tamamen yeni bir yolu. Geleneksel optikten çok farklı,” diyor Washington Üniversitesi Elektrik ve Bilgisayar Mühendisliği Profesörü Arka Majumdar . “Burada optiği, hesaplamalı blokla birlikte tasarladık. Yani, geleneksel lens yerine mühendislik ürünü optikler kullandık ve bu da bize hesaplamanın büyük bir kısmını optiğe aktarma imkanı sağladı.”

Metayüzey Lensler: Işıkla Çalışan Sinir Ağı

Bu kamera, 50 katmanlı metayüzey lenslerden oluşuyor. Bu lensler, mikroskobik nano yapılar sayesinde ışığı manipüle ediyor ve aynı zamanda bir optik sinir ağı görevi görüyor. Sinir ağları, beynin çalışma prensibinden esinlenen yapay zeka sistemleridir. Bu yeni tasarım, geleneksel sinir ağlarına kıyasla 200 kat daha hızlı görüntü sınıflandırma yeteneği sunarken, enerji tüketimini de minimuma indiriyor.

Princeton Üniversitesi Bilgisayar Bilimi Yardımcı Doçenti Felix Heide , “Mükemmel bir görüntü kaydetmeye ihtiyacımız olmadığını fark ettik. Sadece belirli özellikleri kaydedebilir ve bu özellikleri toplayarak sınıflandırma gibi görevleri gerçekleştirebiliriz,” diyor.

Her bir metayüzey lens, içerdikleri minik sütunlar aracılığıyla ışığı yeniden düzenliyor ve soyutluyor. Bu süreçte elektrik veya aktif kontrol kullanılmıyor. Bunun yerine, ışık doğal olarak karmaşık filtreleme işlemleri gerçekleştiriyor ve tüm görüntüyü bir anda analiz edebiliyor.

Doğadan İlham Alınmış Tasarım

Araştırma ekibi, doğadaki hayvanların görme sistemlerinden ilham aldı. Örneğin, mantis karidesi, yusufçuk ve mürekkep balığı gibi canlılar, ışığın polarizasyonunu algılayabilen gelişmiş görme yeteneklerine sahip. Bu tür hayvanlar, gözlerinin donanımı ile beyinlerinin birlikte çalışması sayesinde çeşitli görevleri yerine getiriyor.

“Bazı hayvanların görme yetenekleri, bizimkinden çok daha egzotik. Gözlerinin donanımının, beyniyle birlikte çalışarak çeşitli görevleri yerine getirdiğini düşünüyoruz,” diyor Felix Heide’nin doktora öğrencisi Ethan Tseng .

Bu ilham, ekip için tasarımlarını optimize etmede kritik bir rol oynadı. Özellikle, daha az sayıda ancak daha büyük optik filtre kullanarak donanım ve yazılımı sorunsuz bir şekilde entegre ettiler.

Teknolojinin Avantajları

Bu yeni kamera sistemi, geleneksel yöntemlere kıyasla %99 daha az hesaplama gücü kullanıyor. Metayüzey lensler, iş yükünün %99.4’ünü üstlenerek , bilgisayarların neredeyse anında yüz milyonlarca hesaplama (FLOPS) yapmasını sağlıyor. Geleneksel sinir ağları, birkaç piksel için bile birçok matematiksel işlem gerektirirken, bu sistem ışık geçişini doğal olarak filtreleyerek tüm görüntüyü bir anda analiz edebiliyor.

Uygulama Alanları ve Gelecek

Bu teknoloji, özellikle enerji tüketiminin düşük olması gereken alanlarda devrim yaratabilir. Örneğin:

• Akıllı cihazlar: Cep telefonları, gözetleme kameraları ve diğer IoT cihazları için ideal bir çözüm sunabilir.
• Otonom araçlar: Gerçek zamanlı nesne tanıma ve engel algılama için kullanılabilir.
• Tıp: Mikroskopik görüntü analizi ve teşhis sistemlerinde kullanılabilir.

Ayrıca, bu kamera yalnızca küçük boyutlarıyla değil, aynı zamanda çevreye duyarlı bir tasarım sunmasıyla da dikkat çekiyor. Elektrik tüketimi olmadan çalışabilmesi, enerji verimliliği açısından büyük bir adım.