據(jù)最新一期《光子學(xué)研究》雜志報道，美國研究人員創(chuàng)造性地設(shè)計出一種“聰明”的玻璃，其僅利用光就能識別和區(qū)分圖像，而且無需電力、傳感器即可運行。

威斯康星大學(xué)麥迪遜分校電氣和計算機工程系余宗福教授領(lǐng)導(dǎo)的團隊，使用光學(xué)系統(tǒng)將相機、傳感器和深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的正常設(shè)置壓縮成一塊薄玻璃。在概念驗證研究中，這種智能玻璃可區(qū)分出手寫的單位數(shù)字，其動態(tài)性還足以實時檢測到手寫的3被改寫為8。

智能玻璃的工作原理是，將不同大小和形狀的氣泡，以及石墨烯等小塊吸光材料嵌入玻璃的特定位置。當手寫數(shù)字反射的光波穿過玻璃時，它們以特定的方式被氣泡和雜質(zhì)彎曲，該彎曲過程將光聚焦到玻璃另一側(cè)的10個特定點之一，具體取決于所呈現(xiàn)的數(shù)量。10個點分別對應(yīng)數(shù)字0到9。余宗福將之描述為一把鑰匙開一把鎖。即使用不同的樣式書寫，玻璃也可以聚焦光以檢測正確的數(shù)字。

設(shè)計玻璃以識別數(shù)字，類似于機器學(xué)習(xí)的訓(xùn)練過程，只不過訓(xùn)練的對象是模擬材料而不是數(shù)字代碼。如果光沒有通過玻璃聚焦在正確的點，研究團隊會稍微調(diào)整雜質(zhì)的大小和位置。經(jīng)過數(shù)千次迭代，玻璃“學(xué)會”將光線彎曲到正確的位置。余宗福說，這些雜質(zhì)基本上就像“人工神經(jīng)元”。

余宗福指出，光傳播的波動力學(xué)為模擬人工神經(jīng)計算提供了新的方法。其優(yōu)點是，計算是完全被動的，且為材料所固有，這意味著可識別圖像的智能玻璃可使用數(shù)十萬次。

目前，人們使用面部識別解鎖手機時，人工智能都會占用大量的計算資源并消耗電力。未來，智能玻璃有可能被用作一種“生物識別鎖”，一塊玻璃只識別一個人的臉，從而大大提高手機的安全性。這種小巧、廉價的一次性智能產(chǎn)品，將能在能源、帶寬和資金資源極其緊張的情況下運行。

不過，智能玻璃是否具有實用性仍有待深入研究，主要是因為智能玻璃尚缺乏在計算機處理器上運行、可用于多種不同任務(wù)的靈活性。

總編輯圈點

能識別數(shù)字的智能玻璃！真是個聞所未聞、大開腦洞的設(shè)計。我們以前沒想到，玻璃這么簡單的東西也可以被“培訓(xùn)”。想想也對：處理一些簡單的任務(wù)，的確沒必要引入像腦組織一樣復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。除了能辨認形象的玻璃，還有能自動變形的液態(tài)金屬……從近年的新發(fā)明也能看出，材料工程還有許多有趣的領(lǐng)域等待開掘。