Capteur d’intelligence artificielle optoélectronique à base de papier
Des chercheurs japonais ont mis au point un capteur d’intelligence artificielle jetable et portable, à base de papier, destiné à la surveillance de la santé.
Une équipe de l’Université des sciences de Tokyo (TUS) a mis au point un capteur de santé « the flexible paper-based AI », composé de nanocellulose et de nanoparticules d’oxyde de zinc (ZnO), qui prend une entrée optique en temps réel.
La surveillance de la santé et le diagnostic biologique basés sur l’IA nécessitent un capteur autonome qui fonctionne de manière indépendante sans avoir besoin d’une connexion constante à un serveur central. En même temps, le capteur doit avoir une faible consommation d’énergie pour une utilisation prolongée, être capable de traiter des signaux biologiques changeant rapidement pour une surveillance en temps réel, être suffisamment souple pour se fixer confortablement sur le corps humain, et être facile à fabriquer et à éliminer pour des raisons d’hygiène.
Les chercheurs ont fabriqué une synapse artificielle photo-électronique composée d’électrodes en or sur un film transparent de 10 µm constitué de nanoparticules d’oxyde de zinc (ZnO) et de nanofibres de cellulose (CNF).
Le film transparent a trois fonctions principales.
- Tout d’abord, il laisse passer la lumière, ce qui lui permet de traiter les signaux d’entrée optiques représentant diverses informations biologiques.
- Deuxièmement, les nanofibres de cellulose sont flexibles et peuvent être facilement éliminées par incinération.
- Troisièmement, les nanoparticules de ZnO sont photoréactives et génèrent un photocourant lorsqu’elles sont exposées à une lumière UV pulsée et à une tension constante. Ce photocourant imite les réponses transmises par les synapses dans le cerveau humain, ce qui permet à l’appareil d’interpréter et de traiter les informations reçues des capteurs optiques.
Le film est capable de distinguer des impulsions optiques de 4 bits et de générer des courants distincts en réponse à des séries temporelles d’entrées optiques, avec un temps de réponse rapide de l’ordre de la subseconde. Cette rapidité de réaction est cruciale pour la détection de changements soudains ou d’anomalies dans les signaux liés à la santé. En outre, lors de l’exposition à deux impulsions lumineuses successives, la réponse au courant électrique était plus forte pour la deuxième impulsion.
Le dispositif présente un photocourant synaptique en réponse à une entrée optique et a été testé pour des tâches de classification et de prévision de séries temporelles. La capacité de mémoire à court terme, qui indique la capacité de l’appareil à stocker des informations passées, est de 1,8 et l’appareil peut reconnaître des chiffres manuscrits avec une précision de 88 %.
La précision de la reconnaissance des chiffres manuscrits en flexion a été évaluée avec des rayons de flexion allant de 9,5 mm à 16 mm sur 1000 cycles et cela n’affecte pas sa précision. Il brûle également en quelques secondes, comme du papier de bureau ordinaire. Il peut donc être jeté.
« Un dispositif synaptique optoélectronique à base de papier composé de nanocellulose et de ZnO a été mis au point pour développer l’informatique physique à partir d’un répertoire. Ce dispositif présente un comportement synaptique et des tâches cognitives à une échelle de temps appropriée pour la surveillance de la santé », explique le professeur associé Takashi Ikuno.
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