ENG: The National Institute for Materials Science (NIMS) research team recently developed an ionic artificial vision device composed of an array of mixed conductor channels placed on a solid electrolyte at regular intervals. This device simulates the way in which human retinal neurons (i.e., photoreceptors, horizontal cells and bipolar cells) process visual signals by responding to input voltage pulses (equivalent to electrical signals from photoreceptors). This causes ions within the solid electrolyte (equivalent to a horizontal cell) to migrate across the mixed conductor channels, which then changes the output channel current (equivalent to a bipolar cell response). By employing such steps, the device, independent of software, was able to process input image signals and produce an output image with increased edge contrast between darker and lighter areas in a manner similar to the way in which the human visual system can increase edge contrast between different colors and shapes by means of visual lateral inhibition.

The human eye produces various optical illusions associated with tilt angle, size, color and movement, in addition to darkness/lightness, and this process is believed to play a crucial role in the visual identification of different objects. The ionic artificial vision device described here may potentially be used to reproduce these other types of optical illusions. The research team involved hopes to develop visual sensing systems capable of performing human retinal functions by integrating the subject device with other components, including photoreceptor circuits.

This project was carried out by a research team consisting of Tohru Tsuruoka (Chief Researcher, Nanoionic Devices Group (NDG), International Center for Materials Nanoarchitectonics (MANA), NIMS), Xiang Wan (Postdoctoral Researcher, NDG, MANA, NIMS at the time of this project) and Kazuya Terabe (Group Leader, NDG, MANA, NIMS).

RO: Echipa de cercetare a National Institute for Materials Science (NIMS) a dezvoltat recent un dispozitiv de viziune artificială ionică, compus dintr-o serie de canale de conductoare mixte plasate pe un electrolit solid la intervale regulate. Acest dispozitiv simulează modul în care neuronii retinei umane (adică fotoreceptorii, celulele orizontale și celulele bipolare) procesează semnalele vizuale, răspunzând la impulsuri de tensiune de intrare (echivalente cu semnalele electrice de la fotoreceptori). Acest lucru face ca ionii din electrolitul solid (echivalent cu o celulă orizontală) să migreze prin canalele conductoarelor mixte, ceea ce modifică apoi curentul canalului de ieșire (echivalent cu răspunsul unei celule bipolare). Prin utilizarea unor astfel de pași, dispozitivul, independent de software, a fost capabil să proceseze semnalele de intrare ale imaginii și să producă o imagine de ieșire cu un contrast sporit al marginilor între zonele mai întunecate și cele mai deschise, într-un mod similar modului în care sistemul vizual uman poate crește contrastul marginilor între diferite culori și forme prin intermediul inhibiției laterale vizuale.

Ochiul uman produce diverse iluzii optice asociate cu unghiul de înclinare, dimensiunea, culoarea și mișcarea, pe lângă întuneric/luminozitate, și se consideră că acest proces joacă un rol crucial în identificarea vizuală a diferitelor obiecte. Dispozitivul de viziune artificială ionică descris aici poate fi utilizat potențial pentru a reproduce aceste alte tipuri de iluzii optice. Echipa de cercetare implicată speră să dezvolte sisteme de detecție vizuală capabile să îndeplinească funcțiile retinei umane prin integrarea dispozitivului în cauză cu alte componente, inclusiv circuite de fotoreceptori.

Acest proiect a fost realizat de o echipă de cercetare formată din Tohru Tsuruoka (cercetător șef, Nanoionic Devices Group (NDG), International Center for Materials Nanoarchitectonics (MANA), NIMS), Xiang Wan (cercetător postdoctoral, NDG, MANA, NIMS la momentul realizării acestui proiect) și Kazuya Terabe (lider de grup, NDG, MANA, NIMS).

Source (NIMS, “Development of an Artificial Vision Device Capable of Mimicking Human Optical Illusions”, 11.10.2021)

Paper: Wan, X., Tsuruoka, T. and Terabe, K., 2021. Neuromorphic System for Edge Information Encoding: Emulating Retinal Center-Surround Antagonism by Li-Ion-Mediated Highly Interactive Devices. Nano Letters, 21(19), pp.7938-7945.