Сотрудники научно-исследовательского института Samsung (SAIT) рассказали о создании прототипа голографического дисплея для показа полноценного объёмного видео. Подробные данные с описанием технологии опубликованы в издании Nature Communications. Представлен специальный многослойный дисплей, процессор для обработки голографических данных для интеграции в SoC и соответствующие алгоритмы. В ближайшие годы техногигант рассчитывает приблизиться к коммерциализации разработки, хотя для широкого внедрения голографии ещё потребуется много работы в массе отраслей.
В интервью официальному сетевому ресурсу Samsung Newsroom создатели новой технологии отметили, что голография считается наиболее естественной передачей стереоскопического изображения для восприятия человеком. При просмотре голограммы человеческий глаз воспринимает глубину сцены и объекты с учётом природного бинокулярного зрения и возможностью фокусировать взгляд на том или ином предмете. Также эта технология учитывает способность человека наблюдать параллакс движения (разная скорость для ближних и дальних объектов), что и было реализовано в новой версии аппарата для просмотра голографического видео. Большинство 3D-технологий способны предоставить только некоторые из перечисленных возможностей, и при этом почти всегда требуются специальные очки.
Но у "классической" голографии (технология была открыта в 1947-м году) есть серьёзный барьер — чем больше диагональ дисплея, тем меньше угол обзора. Так, если у голографического дисплея с разрешением Full HD со сторонами 2×1 мм угол обзора равен 30°, то у дисплея со сторонами 200×100 мм угол обзора сужается до 0,3°. В Samsung преодолели это ограничение, разработав специальную управляемую подсветку S-BLU. Благодаря S-BLU и ряду других новаторских решений прототип голографического дисплея Samsung с диагональю 10 дюймов можно рассматривать с одного метра под углом обзора 15°, что в 30 раз больше, чем в случае обычного подхода. К тому же голографический дисплей получился сравнительно тонким — всего 1 сантиметр.
Блок подсветки S-BLU представляет собой «тонкий» источник когерентного света C-BLU в виде пластины. На пластину C-BLU падает когерентный луч со светодиодных лазеров, который пластина преобразует в коллимированные (параллельные) лучи. Параллельные лучи когерентной подсветки проходят через дефлектор (другую пластину), который отклоняет падающие лучи под желаемым углом. Именно дефлектор многократно расширяет углы обзора без необходимости в наращивании числа пикселей. Формирует изображение относительно тонкая геометрическая линза, что позволило снизить толщину составного голографического дисплея до 1 см.
Обрабатывает массив данных процессор на FPGA. В будущем это решение войдёт в состав SoC, а пока алгоритмы обкатываются на макетах. Разработчики сумели значительно снизить объём обрабатываемых голографических данных, которых не просто много, а критически много. Например, вместо ряда расчётов, данные для формирования изображения берутся из готовых таблиц, что снижает интенсивность вычислений. Также вместо «облака точек» в процессе обработки голограммы исследователи воспользовались методом расчёта «срезов».
Фактически Samsung подготовил основу для развития мобильной и ТВ-голографии, которую можно усовершенствовать и довести до коммерческого применения. Другое дело, что до внедрения полноценных голограмм необходимо развить индустрию записи, хранения и передачи голографической информации. Но начать можно с малого, уверены в Samsung. Например, с голографических меню и «висящих в воздухе» объектов для жестового управления.
[Interview] Samsung Researchers Open a New Chapter for Holographic Displays
Holograms have been wowing us ever since they were first invented in 1947. The incredible thing about holograms is that they allow us to experience the real and virtual worlds at the same time. Though they’ve long been regarded as the most perfect way to represent objects with light, their widespread commercialization has thus far been hindered by technological limitations.
As part of an effort to find ways to apply holograms to a wider range of fields, researchers from the Samsung Advanced Institute of Technology (SAIT), which has long recognized holograms’ limitless potential, began to study the development of holographic displays.1 After eight years of trials, the team published a thesis on slim-panel holographic video displays in the world-renowned scientific journal, Nature Communications.
What does SAIT’s thesis mean for the study and development of holograms, and how could holograms eventually be applied to our daily lives? To answer those questions and more, Samsung Newsroom interviewed Master Hong-Seok Lee of the Samsung Advanced Institute of Technology, along with Principal Researcher Jungkwuen An and Staff Researcher Kanghee Won.
Creating Lifelike Objects With Light
In a nutshell, holograms create images of objects that don’t actually exist. In terms of their ability to produce realistic images, they’re similar to the high-resolution displays that we see throughout our daily lives. The key difference between them boils down to the dimension at which the images are presented. As Hong-Seok Lee explained, “While a conventional display depicts images based on light intensity, holograms control not just the intensity of light but also its phase to produce images that appear three-dimensional.”
According to Jungkwuen An, a key reason why holographic displays are seen as the most ideal form of 3D display comes down to how human beings perceive depth. “The human eye utilizes various depth perception cues, including binocular parallax, two pupil angles, focus adjustment and motion parallax,2 to recognize the depth of an object,” said An. “While most 3D display methods provide only some of these cues, a hologram provides them all. It perfectly replicates objects with light, producing images that look as lifelike as the real thing.”
Paving the Way for Holograms’ Commercialization
From facilitating hospital visits for patients in quarantine to producing virtual blueprints, virtual navigation cues, and even projections of ancient artifacts, the possible applications for hologram technology are wide and varied. However, before holograms can be applied to more fields, researchers will need to address one of the biggest barriers to the technology’s widespread commercialization, which relates to the correlation between screen size and viewing angle.
One of the key limitations of hologram technology is that the optimal viewing angle becomes narrower when a screen is enlarged, and the screen size becomes smaller as the viewing angle increases. This means that if a 2mmX1mm full HD holographic display has a 30° viewing angle, increasing the size of the hologram to 200mmX100mm will narrow the viewing angle to 0.3°.
In order to solve the issue of narrow viewing angles, SAIT’s holographic display research team developed a special optical element called a steering-backlight unit (S-BLU). As Kanghee Won explained, “An S-BLU consists of a thin, panel-shaped light source called a coherent-backlight unit (C-BLU), which transforms an incident beam into a collimated beam, and a beam deflector, which can adjust the incident beam to a desired angle. A conventional 4K screen 10 inches in size offers a very small viewing angle of 0.6°. However, you can expand the viewing angle roughly 30-fold by bending the image toward the viewer using S-BLU.”
In the process of overcoming the narrow viewing angle issue, the team created a new kind of holographic display that features a thin, flat-panel design just like those seen in the market today. Another notable achievement of the study is that it identified a method for generating 4K holographic images in real time that utilizes a single-chip field-programmable gate array (FPGA)3 for hologram calculation. The new method utilizes what’s known as a ‘layer-based’ calculation, while most methods employ a process known as ‘point cloud-based’ calculation.
Calculating holograms in real time using FPGA, the new method optimizes an algorithm by applying conditions that prevent information loss and excessive sampling. These advancements, Lee explained, could help pave the way for holograms to find their way into more aspects of everyday life. “From creation to reproduction of holograms, a complete system was implemented to secure the possibility of commercialization,” said Lee.
The Key To the Future of Displays
While the thought of holograms becoming a part of daily life is no doubt exciting, the researchers stressed that the technology still has a long way to go before it resembles the holograms we’ve seen in science fiction films. This is because making holograms an everyday sight will require the development of not just holographic displays but also holographic content, holographic filming devices, and processes for transmitting the vast amounts of data that holograms will generate.
As Won pointed out, however, there are ways that holograms could start popping up in our daily lives sooner rather than later. “For example, we may start seeing limited use of holograms to produce things like keypads and even holographic menus,” said Won. “As holograms become more common, we’ll also begin to see more use of non-contact UIs (user interfaces) based on finger gestures, voice, eye tracking, brain wave recognition, and other forms of input.”
In their thesis, the researchers suggest that adopting a new framework for holographic displays will be key to clearing the most important hurdle to commercialization. “We will continue to devote our utmost efforts to establishing holograms as the future of displays,” said Lee.
1 An image created using hologram technology is called a holographic image. A device that produces holographic images is referred to as a holographic display.
2 Motion parallax refers to the fact that objects moving at a constant speed appear to move faster if they are closer to the observer than they would if they were farther away.
3 An FPGA is a type of programmable non-memory semiconductor. Unlike conventional semiconductors, which cannot alter their circuits, an FPGA can be reprogrammed to suit a desired purpose.
Ежегодно на Форуме по искусственному интеллекту, который проводится под патронажем Samsung Electronics, собираются эксперты со всего мира, чтобы обсудить последние достижения в области искусственного интеллекта (AI) и поделиться идеями о направлениях дальнейшего развития этих технологий.
2 и 3 ноября этого года эксперты, учёные и заинтересованные зрители собрались в виртуальном пространстве, чтобы поделиться последними достижениями в исследованиях AI и обсудить наиболее актуальные вызовы в этой сфере.
Оптимальное использование AI в стремительно меняющемся мире
Технологии искусственного интеллекта в последние годы быстро развиваются, в немалой степени благодаря напряжённой работе и научным проектам академических и корпоративных исследователей во всём мире. Но, учитывая существенные изменения, вызванные глобальной пандемией, в последнее время внимание было сконцентрировано на том, как AI можно использовать для решения реальных проблем и какие методы могут быть наиболее эффективными.
Первый день форума, организованный Институтом перспективных исследований и разработок Samsung (Samsung Advanced Institute of Technology, SAIT), открыл доктор КиНам Ким (Dr. Kinam Kim), заместитель председателя Совета директоров и генеральный директор подразделения Device Solutions в Samsung Electronics, который подчеркнул важность дискуссий о прошлом, настоящем и будущем AI, которые состоялись на мероприятии в этом году. Д-р Ким также подтвердил стремление Samsung Electronics сотрудничать с учёными по всему миру с целью разработки продуктов и услуг, способных сделать мир лучше.
Затем в первый день форума прошла серия выступлений приглашённых экспертов, в частности, ряда ведущих учёных из разных стран. Профессор Йошуа Бенжио из Монреальского университета, профессор Ян ЛеКун из Нью-Йоркского университета и профессор Челси Финн из Стэнфордского университета выступили первыми, после чего на форуме была вручена награда «Исследователь года в области искусственного интеллекта Samsung». Затем свои доклады представили профессор ДонХи Хэм (Prof. Donhee Ham), научный сотрудник Технологического института Samsung и профессор Гарвардского университета, доктор Тара Сайнат из Google Research и доктор Дженнифер Вортман Воган из Microsoft Research.
Выход AI на дальнейшие этапы развития
После выступлений приглашённых экспертов в первый день мероприятия состоялась виртуальная панельная дискуссия, которую модерировал вице-президент Samsung Electronics Янг Санг Чой. В дискуссии приняли участие проф. Бенджио, проф. ЛеКун, проф. Финн, д-р Сайнат, д-р Вортман Воган и д-р Иньюп Канг, президент направления System LSI в Samsung Electronics. «Мне очень приятно присоединиться к этому форуму, – отметил Канг. – Мне кажется, что я стою на плечах гигантов».
Участникам панели предложили обсудить способы преодоления сложностей в вычислениях, которые позволят вывести системы искусственного интеллекта на новый уровень и сделать их настолько же сообразительными, как человеческий мозг. Члены группы взвесили преимущества масштабирования нейронных сетей по сравнению с поиском новых алгоритмов, при этом д-р Канг отметил: «Мы должны протестировать оба варианта. Учитывая возможности человеческих синапсов, я сомневаюсь, что мы сможем достичь человеческого уровня с помощь современных технологий. В конце концов, мы добьемся этого, но нам определённо понадобятся и новые алгоритмы».
Проф. ЛеКун отметил, что исследования AI не ограничиваются только текущими методами масштабирования. «Нам не хватает некоторых важных составляющих, позволяющих достичь аналога человеческого интеллекта или даже интеллекта животного», – подчеркнул он, добавив, что, возможно, в ближайшем будущем учёные смогут разработать AI уровня животного – например, кошки. Проф. Финн согласилась с коллегой. «Современный искусственный интеллект даже не способен приготовить хлопья на завтрак, – отметила она. – Даже такие базовые вещи всё ещё выходят за рамки возможностей наших алгоритмов».
Опираясь на тему своего основного доклада, проф. Бенжио добавил, что для того, чтобы будущие системы обладали интеллектом, сопоставимым с умом ребёнка, необходимо разработать модель мира, основанную на обучении без учителя. «Наши модели должны вести себя как человеческие младенцы, чтобы активно стремиться к знаниям», – пояснил он.
Затем панельная дискуссия перешла к способам преодоления разрыва между текущими разработками и будущими технологиями уровня человеческого интеллекта, при этом все эксперты согласились, что им предстоит проделать большую работу по разработке систем, которые имитируют работу человеческих синапсов. «Многие современные направления исследований пытаются восполнить эти пробелы», – заявил проф. Бенжио.
Затем участники группы поделились мыслями о том, как сделать AI «более справедливым», учитывая предубеждения, присущие современному обществу, и обсудили баланс между государственным регулированием и корпоративными интересами, который необходимо найти для развития интеллектуальных систем. Д-р Вортман Воган выступила за разнообразие точек зрения на все части процесса построения системы. «Я хотела бы, чтобы процессы, которым должны следовать люди при разработке систем машинного обучения, регулировались, вместо того, чтобы людей заставляли достигать одинаковых результатов».
Последний вопрос, заданный группе, касался их мыслей о том, в какой сфере будет достигнут следующий успешный опыт применения сквозных моделей. «Цельные модели изменили сферу распознавания речи, уменьшив задержку и устранив необходимость подключения к интернету, – отметила д-р Сайнат. – Благодаря этому прорыву, в будущем подобные модели позволят выполнять такие задачи, как расшифровка длинных сообщений. Мы всегда говорим о наличии “одной модели, чтобы править всеми”. Это сложная и интересная сфера, возможности которой расширились благодаря сквозным моделям. Сегодня мы стремимся разработать модель, способную распознавать все языки в мире».
Совершенствование человеческого опыта с помощью AI
Второй день Форума был организован Samsung Research, центром передовых исследований и разработок Samsung Electronics, который отвечает за создание новых технологий для потребительских продуктов.
В своей вступительной речи д-р Себастьян Сэн, президент и глава Samsung Research, обрисовал области, в которых Samsung особенно стремительно развивает свои исследования в сфере AI, стремясь обеспечить реальные преимущества для своих пользователей, включая более традиционные области AI (видение и графика, речь и язык, робототехника), искусственный интеллект на устройствах и сферу здоровья для поддержания хорошего самочувствия.
После демонстрации ряда продуктов Samsung, оснащённых технологиями искусственного интеллекта, д-р Сэн подтвердил, что для максимального расширения возможностей искусственного интеллекта, которые смогут по-настоящему эффективно помогать людям, необходимо сотрудничество между корпоративными и академическими исследователями и совместный поиск новых решений.
После выступления д-ра Сэна во второй день Форума была организована серия докладов приглашённых экспертов об ориентированных на человека AI-системах, где, среди прочих, выступили проф. Кристофер Мэннинг из Стэнфордского университета, проф. Деви Парих из Технологического института Джорджии, проф. Суббарао Камбхампати из Университета штата Аризона и исполнительный вице-президент Samsung Research Дэниела Д. Ли, руководитель центра искусственного интеллекта Samsung в Нью-Йорке и профессор Корнеллского технологического института.
За выступлениями экспертов последовала живая панельная дискуссия, которую модерировал д-р Сэн. В ней приняли участие проф. Мэннинг, проф. Парих, проф. Камбхампати и исполнительный вице-президент Ли. Д-р Сэн начал обсуждение с вопроса о теме, затронутой в речи профессора Камбхампати – потенциальных проблемах, которые могут привести к риску манипулирования данными по мере развития AI. «Поскольку технологии искусственного интеллекта продолжают развиваться, нам важно следить за возникновением возможностей для манипуляции данными и работать над решением проблем, связанных с непреднамеренными искажениями информации в любых системах искусственного интеллекта», – пояснил проф. Камбхампати.
Затем д-р Сэн поднял вопрос, который наиболее заинтересовал аудиторию. Учитывая, что одним из практических вызовов в исследованиях AI является получение данных, экспертов спросили, считают ли они, что компании или исследователи нуждаются в создании новых средств обработки и управления данными. Признавая, что учёные часто борются за безопасность данных, в то время как компании имеют повышенные ограничения вокруг использования этих данных, проф. Парих обосновала необходимость поиска новых методов исследования, которые могут быть смоделированы с недостаточными данными или с сотрудничеством между академическими сообществами и промышленностью, включая открытые методы исследования. «Во многих областях существуют большие общедоступные наборы данных, – отметила она. – Исследователи за пределами компаний могут получить к ним доступ и использовать. Но в дополнение к этому, наиболее интересные области в AI сегодня – это те, где у нас не так много данных. Именно они представляют собой одни из самых основных вызовов и подходов».
Последний вопрос вернул дискуссионную группу к теме второго дня Форума – «AI, ориентированный на человека». Участников спросили, верят ли они, что AI будет способен сравняться с человеческим интеллектом в ближайшие 70 лет, поскольку именно этот период времени потребовался, чтобы достичь сегодняшнего уровня исследований AI. Исполнительный вице-президент Дэниел Ли заключил, что AI ещё предстоит пройти долгий путь, но 70 лет – это большой срок. «Я настроен оптимистично, – отметил проф. Ли. Но на этом пути есть много вызовов, с которыми компаниям нужно работать вместе».
«Сегодня мы достигаем пределов диапазона проблем, которые мы можем решить, используя только большое количество данных, – отметил профессор Мэннинг. – Прежде чем мы увидим подобные разработки AI в больших масштабах, необходимо сделать акцент на создании AI-систем, которые будут служить обычным людям, а не только огромным корпорациям».
Samsung AI Forum 2020 завершился словами благодарности всем экспертам, принявшим участие в двухдневной программе этого мероприятия, и выражением надежды на проведение AI-Форума 2021 в офлайн-формате. Все сессии и выступления Форума искусственного интеллекта Samsung 2020 можно посмотреть на официальном YouTube-канале Samsung.
Samsung AI Forum 2020: Humanity Takes Center Stage in Discussing the Future of AI
Each year, Samsung Electronics’ AI Forum brings together experts from all over the world to discuss the latest advancements in artificial intelligence (AI) and share ideas on the next directions for the development of these technologies.
This November 2 and 3, experts, researchers and interested viewers alike convened virtually to share the latest developments in AI research and discussed some of the most pressing and relevant issues facing AI research today.
Making the Best Use of AI in a Rapidly Changing World
AI technologies have developed remarkably in recent years, thanks in no small part to the hard work and diverse research projects being done by academic and corporate researchers alike all around the world. But given the rapid and significant changes brought on by the recent global pandemic, attention has recently been turning to how AI can be used to help solve real-life problems, and what methods might be most effective in order to create such solutions.
The first day of the forum, organized by the Samsung Advanced Institute of Technology (SAIT), was opened with a keynote speech by Dr. Kinam Kim, Vice Chairman and CEO of Device Solutions at Samsung Electronics, who acknowledged the importance of the discussions set to take place at this year’s AI Forum around the past, present and future of the role of AI. Dr. Kim also affirmed Samsung Electronics’ dedication to working with global researchers in order to develop products and services with meaningful real-world impact.
The first day of the Forum then continued with a series of fascinating invited talks given by several global leading academics and professionals. Professor Yoshua Bengio of University of Montreal, Professor Yann LeCun of New York University and Professor Chelsea Finn of Stanford University were the first three to present, following which the Samsung AI Researcher of the Year awards were presented. After this ceremony, SAIT Fellow Professor Donhee Ham of Harvard University, Dr. Tara Sainath of Google Research and Dr. Jennifer Wortman Vaughan of Microsoft Research gave their talks.
Taking AI to the Next Phases of its Development
The first day’s invited talks were followed by a virtual live panel discussion, moderated by Young Sang Choi, Vice President of Samsung Electronics, and attended by Professor Bengio, Professor LeCun, Professor Finn, Dr. Sainath, Dr. Wortman Vaughan and Dr. Inyup Kang, President of Samsung Electronics’ System LSI business. “It is my great pleasure to join this Forum,” noted Dr. Kang. “I feel as if I am standing on the shoulders of giants.”
Questions were given to the panel that invited the experts to discuss the ways in which computational bottlenecks can be overcome in order to take AI systems to the next level and be developed to possess the same intelligibility as the human brain. The panelists weighed the benefits of scaling neural nets as opposed to searching for new algorithms, with Dr. Kang noting that, “We have to try both. Given the scale of human synapses, I doubt that we can achieve the human level of intelligibility using just current technologies. Eventually we will get there, but we definitely need new algorithms, too.”
Professor LeCun noted how AI research is not just constrained by current scaling methods. “We are missing some major pieces to being able to reach human-level intelligence, or even just animal-level intelligence,” he said, adding that perhaps, in the near future, we might be able to develop machines that can at least reach the scale of an animal such as a cat. Professor Finn concurred with Professor LeCun. “We still don’t even have the AI capabilities to make a bowl of cereal,” she noted. “Such basic things are still beyond what our current algorithms are capable of.”
Building on the topic of his invited talk, Professor Bengio added that, in order for future systems to have intelligence comparable to that of the way humans learn as children, a world model will need to be developed that is based on unsupervised learning. “Our models need to act like human babies in order to go after knowledge in an active way,” he explained.
The panel discussion then moved on to the ways in which the community can bridge the gaps between current technologies and future, human-intelligence level technologies, with all the experts agreeing that there is still much work to be done in developing systems that mimic the way human synapses work. “A lot of current research directions are trying to address these gaps,” reassured Professor Bengio.
Next, the panel shared their thoughts on how to make AI ‘fairer’ given the inherent biases possessed by today’s societies, with the experts debating the balance that needs to be struck between systems development reform, institutional regulation and corporate interest. Dr. Wortman Vaughan made the case for introducing a diversity of viewpoints across all parts of the system building process. “I would like to see regulation around processes for people to follow when designing machine learning systems rather than trying to make everyone meet the same outcomes.”
The final question given to the panel asked for their thoughts on which field will be the next successful application area for end-to-end models. “End-to-end models changed the field of speech recognition by reducing latency and removing the need for internet connection,” noted Dr. Sainath. “Thanks to this breakthrough, going forward, you’re going to see applications of end-to-end models for such purposes as long meeting transcriptions. We always speak of having ‘one model to rule them all’, and this is a challenging and interesting research area that has been expanded by the possibilities of end-to-end models as we look to develop a model capable of recognizing all the languages in the world.”
Enhancing Human Experience through AI
The second day of the AI Forum 2020 was hosted by Samsung Research, the advanced R&D hub of Samsung Electronics that leads the development of future technologies for the company’s end-product business.
In his opening keynote speech, Dr. Sebastian Seung, President and Head of Samsung Research, outlined the areas in which Samsung has been accelerating its AI research to the end of providing real-world benefits to their users, including more traditional AI fields (vision and graphics, speech and language, robotics), on-device AI and the health and wellness field.
After showcasing a range of Samsung products bolstered with AI technologies, Dr. Seung affirmed that, in order to best extend the capabilities of AI to truly help people in meaningful ways, academic researchers and corporations need to come together to find best-practice solutions.
Putting the Future of AI into Perspective
Following Dr. Seung’s speech, the second day of the Forum proceeded with a series of invited talks around the theme of ‘Human-Centric AI’ by Professor Christopher Manning of Stanford University, Professor Devi Parikh of the Georgia Institute of Technology, Professor Subbarao Kambhampati of Arizona State University and Executive Vice President of Samsung Research Daniel D. Lee, Head of Samsung’s AI Center in New York and Professor at Cornell Tech.
The expert talks were followed by a live panel discussion, moderated by Dr. Seung and joined by Professor Manning, Professor Parikh, Professor Kambhampati and EVP Lee. Dr. Seung kicked off the discussion with a question about a topic raised in Professor Kambhampati’s speech around the potential issues that could lead to the risk of data manipulation as AI develops. “As AI technology continues to develop, it is important that we stay vigilant about the potential for manipulation and work to solve the issues of any AI systems’ inadvertent data manipulations,” explained Professor Kambhampati.
Dr. Seung then posed a much-requested viewer question to the panel. Given that one of the most practical concerns in AI research is the obtaining of data, the experts were asked whether they believe that companies or academic researchers need to develop new means of handling and managing data. Acknowledging that academics often struggle to secure data while companies possess alleviated data shortage problems yet elevated restraints around the usage of their data, Professor Parikh made a case for the need of new research methods that can be modeled with insufficient data or with cooperation between academia and industry, including open research methods. “In many areas, there are big public data sets available,” she noted. “Researchers outside of companies are able to access and use these. But further to this, some of the most interesting fields in AI today are the ones where we don’t have much data – these represent some of the most cutting-edge problems and approaches.”
The final question took the panel back to the theme of the AI Forum’s second day, ‘Human-Centered AI’, wherein the panelists were asked whether or not they believe that AI will be capable of equaling human intelligence in the next 70 years, since that is the period of time it has taken us to get to where we are today in the field of AI research. EVP Lee reasoned that AI still has a way to go – but that 70 years is a long time. “I am optimistic,” noted EVP Lee, “but there are lots of hard problems in the way. We need to have academics and companies working on a goal like this together.”
“We are currently reaching the limits of the range of problems we can solve using just lots of data,” summarized Professor Manning. “Before we see AI developments like this on a large scale, an area that we should emphasize is the production of AI systems that work for regular people, not just huge corporations,” he concluded.
The Samsung AI Forum 2020 ended with a warm thanks to all the esteemed experts who had taken part in the two-day Forum and a shared hope to hold next year’s Forum offline. All the sessions and invited talks from the AI Forum 2020 are available to watch on the official Samsung YouTube channel.
Форум искусственного интеллекта Samsung – это ежегодное мероприятие, которое объединяет всемирно известных отраслевых экспертов и учёных, выступая платформой для распространения новейших тенденций, технологий и исследований в области AI (AI - сокращение англоязычного наименования Artifical Intelligence / искусственный интеллект).
В этом году 4-й Samsung AI Forum прошёл 2 и 3 ноября в онлайн-режиме из-за пандемии COVID-19. Первый день мероприятия, посвящённый передовым технологиям будущего, был организован Институтом перспективных исследований и разработок Samsung (Samsung Advanced Institute of Technology, SAIT) и научно-исследовательским центром Samsung. На нём участники обсудили, как наилучшим образом использовать AI-технологии в стремительно меняющемся современном мире, особенно в контексте беспрецедентных ситуаций, которые возникли из-за глобальной пандемии.
День 1: Прошлое, настоящее и будущее искусственного интеллекта
2 ноября доктор Ки-нам Ким (Dr. Kinam Kim), заместитель председателя Совета директоров и генеральный директор подразделения Device Solutions в Samsung Electronics, открыл первый день Форума искусственного интеллекта 2020 вступительной речью, в которой рассказал о значительном прогрессе в технологиях искусственного интеллекта за прошедшие годы. Он также отметил, что в связи с этим многие ожидают, что AI решит проблемы, вызванные нынешней пандемией, но подчеркнул, что, поскольку модели искусственного интеллекта основываются на огромных объёмах реальных данных и симуляций, смоделировать текущую пандемию и другие бедствия с помощью интеллектуальных технологий крайне сложно.
Д-р Ким поделился собственным мнением о том, как технологии искусственного интеллекта могут развиваться и использоваться для оказания значимого воздействия на проблемы реального мира, а также подчеркнул, что как крупный разработчик основных технологий в экосистеме искусственного интеллекта, Samsung Electronics активно сотрудничает с учёными по всему миру в поисках решений таких реальных проблем. Д-р Ким закончил свою вступительную речь надеждами на то, что в ходе Форума в этом году должны состояться содержательные дискуссии о настоящем и будущем технологий искусственного интеллекта и их пользе для человечества.
Признание ведущих талантов в сфере AI
В этом году на AI-форуме Samsung вручил первую награду «Исследователь года Samsung в сфере AI», созданную с целью выявления выдающихся исследователей в этой области из разных стран мира и поддержки их научной деятельности.
В этом году награды получили профессор Кён-хён Чо (Prof. Kyunghyun Cho) из Нью-Йоркского университета, профессор Челси Финн из Стэнфордского университета, профессор Сет Флаксман (Prof. Seth Flaxman) из Имперского колледжа Лондона, профессор Цзяцзюн Ву (Prof. Jiajun Wu) из Стэнфордского университета и профессор Чо Джуй Се (Prof. Cho-Jui Hsieh) из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе.
Профессор Кён-хён Чо, всемирно признанный исследователь в области обработки естественного языка, часто публикует статьи, получающие признание в областях медицины, биологии и оптимизации. «Для меня большая честь получить награду «Исследователь года Samsung в сфере AI», и я намерен продолжать работу в области искусственного интеллекта», – прокомментировал награду профессор Чо.
Ключевые тезисы экспертов: основные выступления
Профессор Йошуа Бенжио (Prof. Yoshua Bengio), который в этом году был сопредседателем форума и получил звание Профессора года Samsung в сфере AI, выступил с докладом «На пути к обнаружению причинных представлений». В своей лекции Бенжио объяснил, что до сих пор традиционные технологии глубокого обучения полагались на умозаключения для распознавания информации, поступающей от органов чувств, и получения выводов, однако технологии искусственного интеллекта вместо этого способны изучать причинно-следственную связь между скрытыми переменными, прежде чем делать выводы, способны приходить к заключениям так, как люди, и, следовательно, могут реагировать на незапрограммированные ситуации. Говоря о своём видении такого типа AI, профессор Бенжио поделился первоначальными результатами своего исследования и предложил пути развития технологии AI, опираясь на эти данные.
Профессор Ян ЛеКун (Prof. Yann LeCun) из Нью-Йоркского университета, исследователь, первый разработчик свёрточной нейронной сети, широко применяемой в технологиях распознавания видео, представил свою новейшую модель с самообучением. В отличие от обучения с учителем, при котором на каждый заданный набор данных предоставляется заданный ответ, модель самообучения подразумевает автономное создание вопросов и последующий поиск ответов в имеющихся в данных. Такой метод был применён к массивной лингвистической модели, способной генерировать предложения так, как это делают люди. Профессор ЛеКун подчеркнул, что самообучение похоже на познание мира ребёнком, и представил основанную на энергии модель, произошедшую из такого сравнения.
Профессор Челси Финн (Prof. Chelsea Finn) из Стэнфордского университета, работа которой сконцентрирована на мета-обучении, прочитала лекцию под названием «Мета-обучение: от быстрой адаптации к обнаружению симметрий». В своей лекции проф. Финн представила технологии мета-обучения, при которых AI, несмотря на изменения данных, может быстро адаптироваться к необученным данным, поделилась историями успеха применения этих технологий в области робототехники и создании лекарственных препаратов.
Профессор ДонХи Хэм (Prof. Donhee Ham), научный сотрудник Технологического института Samsung и профессор Гарвардского университета, выступил с докладом «Реконструкция мозга». В своей презентации он подчеркнул, что текущий уровень AI основан на человеческом мозге, но на самом деле работает не так, как мозг, из-за чего возможности технологии оказываются ограничены. Профессор Хэм представил передовые нейронные разработки, которые способны имитировать структуру и функции цепи человеческого мозга и самостоятельно создавать компьютерные интегральные схемы.
В мероприятии также приняли участие отраслевые эксперты. Доктор Тара Сайнат (Dr. Tara Sainath) из Google Research поделилась результатами последних исследований сквозных моделей, разработанных для распознавания речи, способных повысить точность, эффективность и многоязычность служб голосового помощника, широко использующихся на интеллектуальных устройствах.
Доктор Дженнифер Вортман Воган (Dr. Jennifer Wortman Vaughan) из Microsoft Research прочитала лекцию под названием «Разборчивость в жизненном цикле машинного обучения». Она поделилась концепцией машинного обучения, ориентированной на человека, подчеркнув, что для разработки справедливой системы машинного обучения, способной завоевать доверие людей, необходимо чёткое понимание системы людьми. Затем Вортман Воган представила результаты исследования, которые способны объективно подтвердить такой механизм.
Поскольку Форум искусственного интеллекта Samsung в этом году проводился в онлайн-формате, студенты и исследователи в сфере AI со всего мира могли участвовать в виртуальных обсуждениях и дискуссиях. При просмотре лекций форума на канале Samsung Electronics в YouTube участники могли задавать вопросы и получать ответы от докладчиков благодаря функции чата в реальном времени.
[Samsung AI Forum 2020] Day 1: How AI Can Make a Meaningful Impact on Real World Issues
The Samsung AI Forum is an annual event that brings together globally renowned experts in the industry as well as across academia to serve as a platform with which to disseminate the very latest in AI trends, technologies and research.
This year’s AI Forum, the fourth of its kind, is being held over two days this November 2 and 3. The first day of the event, hosted by the Samsung Advanced Institute of Technology (SAIT), Samsung’s R&D hub dedicated to cutting-edge future technologies, is enabling participants to facilitate discussions around how to make the best use of AI technologies in a way that can benefit our daily lives in a rapidly changing world, particularly within the context of the unprecedented situations that have arisen recently due to the global pandemic.
AI Forum Day 1: The Past, Present and Future of AI
On November 2, Dr. Kinam Kim, Vice Chairman & CEO of Device Solutions at Samsung Electronics, commemorated the start of the first day of the AI Forum 2020 by delivering an opening speech that highlighted how AI technologies have shown remarkable progress over the years. He went on to note that, given these changes, many are expecting AI to address the issues brought on by the recent pandemic, but highlighted that since AI bases its models on massive amounts of real-life data and simulations, the task of modeling the current pandemic and other natural disasters with AI was a daunting one.
Dr. Kim went on to provide his own views on the ways in which AI technologies can move forward and be harnessed to have meaningful impact on real world problems, and also highlighted that Samsung Electronics, as a major provider of core technologies in the AI ecosystem, is proactively co-operating with global researchers to seek solutions to such real world problems. Dr. Kim ended his opening speech with the expectation that meaningful discussions on the present and future of AI technologies and their benefit for humanity were set to take place during this year’s Forum.
Recognizing Leading Talent in the Field
At this year’s AI Forum, Samsung introduced their inaugural Samsung AI Researcher of the Year awards with the view to identify prominent emerging researchers in the field from around the world and to support their research activities.
This year’s Samsung AI Research of the Year awards went to Professor Kyunghyun Cho of New York University, Professor Chelsea Finn of Stanford University, Professor Seth Flaxman of Imperial College London, Professor Jiajun Wu of Stanford University and Professor Cho-Jui Hsieh of UCLA.
Professor Kyunghyun Cho, a globally recognized researcher in natural language processing, has been publishing a consistent stream of acclaimed papers across the medicine, biology and optimization disciplines. “I am honored to have received a Samsung AI Researcher of the Year award and am committed to developing AI-focused research further down the road,” said Professor Cho of the recognition.
Expert Highlights: Keynote Speeches
Professor Yoshua Bengio, who served as this year’s co-chair and was selected as Samsung AI Professor of the Year, gave a presentation titled Towards Discovering Casual Representations. In his lecture, Professor Bengio explained that, up until now, conventional deep learning technologies have been relying on inference to recognize sensual information and learn from it, but AI technologies that are instead capable of learning the causality between hidden variables before drawing conclusions could be capable of making inferences just as humans do, and hence would be able to respond to unprogrammed situations. With visions of such a type of AI in mind, Professor Bengio shared the initial outcomes of his research and suggested how, based on this, AI technologies can make steps forward.
Professor Yann LeCun of New York University, a researcher who pioneered the Convolutional Neural Network widely applied to video recognition technologies, presented his latest model related to Self-Supervised Learning. Unlike supervised learning which returns a given answer to each given data set, self-supervised learning adopts a learning model consisting of autonomously creating questions within data and subsequently finding answers. Such a method has been applied to a massive linguistic model capable of generating sentences just as people do. Professor LeCun highlighted how self-supervised learning is similar to the way children experience and learn the world, and presented an energy-based model based on such a comparison.
Professor Chelsea Finn of Stanford University, a young researcher in the spotlight within the field of meta learning, gave a lecture titled From Few-Shot Adaptation to Uncovering Symmetries. In her lecture, Professor Finn introduced meta learning technologies in which AI, in spite of changes in data, can adapt swiftly to untrained data, and proceeded to share success stories of the application of these technologies in the areas of robotics and new drug candidate material design.
Professor Donhee Ham, Fellow at the Samsung Advanced Institute of Technology and Professor at Harvard University, delivered a presentation titled Reconstruction of the Brain. In his presentation, he highlighted that the current level of AI is based on the human brain but in fact works in a way different from how the brain functions, causing limitations to its capability. Professor Ham introduced cutting-edge neural science technologies that could mimic the structure and functionalities of the human brain circuit and create computer integrated circuits on their own.
Industry experts also took part in giving presentations. Dr. Tara Sainath of Google Research released the latest research outcomes of end-to-end models developed for speech recognition capable of enhancing the accuracy, efficiency and multi-lingual capability of voice assistant services widely available across smart devices.
Dr. Jennifer Wortman Vaughan of Microsoft Research gave a lecture titled Intelligibility Throughout the Machine Learning Life Cycle. She shared a human-centric machine learning concept, highlighting that, in order to develop a fair machine learning system capable of garnering the trust of people, people’s clear understanding of the system is required. Dr. Wortman Vaughan then introduced research outcomes that can objectively verify such a mechanism.
Since the Samsung AI Forum 2020 was held virtually this year, students and researchers alike in the AI research field from all over the world were able to engage in online discussions and exchanges. When tuning in to the Forum’s lectures on Samsung Electronics’ YouTube channel, attendees could ask questions to and receive answers from the distinguished speakers thanks to a real-time chat functionality.
Samsung Advanced Institute of Technology (SAIT), являющийся научно-исследовательским хабом корпорации Samsung Electronics, представил технологию, которая позволяет добиться наилучшей цветопередачи в синих светодиодах, применяемых в матрицах QLED-телевизовов (QD или Quantum Dots являются фирменным дополнением к традиционным LED-панелям в виде "сетки" (фильтра) из микроскопических квантовых точек, что значительно улучшает качество изображения). Поскольку синий цвет в QLED-технологии является наиболее сложным для реализации из 3-х основных цветов (красного, синего и зелёного), новое достижение ещё раз подтверждает лидерство Samsung в сфере технологий квантовых точек. Оно является важной вехой в истории развития TV-технологий наряду с разработкой красного светодиода для QLED в ноябре прошлого года.
Сложный цвет
Квантовые точки (QD) – это полупроводниковые частицы, диаметр которых составляет несколько нанометров (что в десятки тысяч раз меньше, чем толщина человеческого волоса). При свечении они излучают свет определённого спектра, который зависит от их размера. Синие квантовые точки, имеющие самую большую запрещённую зону (разница энергий между верхом валентной зоны электронов и низом зоны проводимости) среди светодиодов 3-х основных цветов, быстро окисляются под воздействием внешнего света, в результате чего они имеют малый срок службы и низкую светоотдачу (отношение излучаемого светового потока к общему входному потоку источника). Из-за этого до сих пор компании не могли разработать технологию, которую можно бы было использовать для изготовления квантовых точек синего цвета.
Решение новых задач
В институте SAIT удалось создать технологию синего QLED, добившись лучших в индустрии результатов, в том числе повышения световой отдачи на 20,2%, максимальной освещённости 88.900 нит и срока службы QLED-светодиода в 16.000 часов (измерено при половинной яркости для освещённости 100 нит). Эти результаты были зафиксированы в исследовании под названием «Эффективный и стабильный синий светоизлучающий диод для технологии квантовых точек», которое было опубликовано журналом Nature 14 октября 2020 года.
«Благодаря уникальной технологии квантовых точек Samsung преодолел ограничения, с которыми сталкивается отрасль, – отметил д-р Эунджу Джанг (Dr. Eunjoo Jang), научный сотрудник Samsung и один из авторов изобретения. – Мы продолжим исследования, чтобы ускорить коммерциализацию светодиодов для технологии квантовых точек (QLED)».
Квантовые точки состоят из базовой структуры, имеющей, в свою очередь, ядро, оболочку и несколько лигандов (ядро поглощает и повторно излучает свет, а слой оболочки, окружающий сердцевину квантовой точки, увеличивает её срок службы и повышает эффективность фотолюминесценции, предотвращая повреждения, связанные с температурой и влажностью. Имеющие форму разветвлений, лиганды расположены на поверхности оболочки квантовой точки и помогают поддерживать расстояние между частицами). Чтобы обеспечить лучшую стабильность материалов квантовых точек, добиться хорошего квантового выхода и увеличить срок службы светодиодов, исследователи применили структуру с двойными излучающими слоями квантовых точек и более короткими лигандами на поверхности синих светодиодов, одновременно с этим увеличив скорость инжекции тока.
Доктор Тэхён Ким (Dr. Taehyung Kim), главный научный сотрудник и первый автор исследования, отметил: «Это имеет большое значение, поскольку мы не только установили характеристики светоизлучающих диодов для квантовых точек, но и доказали, что эта технология может обеспечить первоклассные характеристики на уровне отдельных элементов».
Samsung Electronics Develops Industry-leading Blue QLED Technology
Samsung Advanced Institute of Technology (SAIT), Samsung’s R&D hub dedicated to cutting-edge future technologies has secured industry-leading cadmium-free blue Quantum Dot light-emitting diodes (QLEDs) performance.
Since blue is known to be the most difficult color to implement out of the three primary QLED colors (red, blue and green), this achievement – coming in the wake of Samsung’s development of red QLED technology last November – once again proves Samsung’s excellence in the quantum dot technology sphere.
Blue Proves the Most Difficult of the Three Primary QLED Colors
Quantum dots (QDs) are semiconductor particles that measure a few nanometers in diameter (tens of thousands of times narrower than a single human hair). When illuminated, they re-emit light of a certain color depending on their size.
The blue QD, which has the largest band gap(1) among the three primary colors, rapidly oxidizes upon exposure to external light, resulting in a short lifespan and low luminous efficiency.(2) For this reason, up to now the industry had failed to develop even the technology required for blue quantum dot light-emitting diodes.
Overcoming Another Challenge by Developing Blue QLED Technology
But now, SAIT has successfully developed blue QLED technology, achieving industry-leading results such as 20.2% improved luminous efficiency, 88,900 nits of maximum luminance and 16,000 hours of QLED lifetime (measured at half-brightness for 100-nit luminance). These results were recorded in a study titled “Efficient and stable blue quantum dot light-emitting diode”, which was published by the journal Nature on October 14, 2020.
“Samsung’s distinctive quantum dot technology has once again overcome the limitations of existing technology in the industry,” noted Dr. Eunjoo Jang, Samsung Fellow and corresponding author for the study. “I hope that this study goes on to help accelerate the commercialization of Quantum Dot light-emitting diodes (QLEDs).”
Quantum dots are made up of a basic structure of a core, a shell, and multiple ligands.(3) In order to better stabilize the QD materials and secure durable photoresponse functionality, the researchers applied a structure with quantum dot double emitting layers and shorter ligands on the surface of the blue-light-emitting QDs while also improving current injection rates.
Dr. Taehyung Kim, Principal Researcher and the first author of the study, said, “This research is meaningful in that we have not only established Quantum Dot light-emitting diode performance, but have also proven that the technology can deliver top-notch performance at the element level.”
1 The difference of energy between the valence band of electrons and the conduction band.
2 The ratio of the emitting luminous flux to the total input flux of source.
3 The core absorbs and re-emits light, while the shell layer surrounding the QD core improves lifespan and photoluminescence efficiency by preventing temperature/humidity-related damage. The branch-shaped ligands are located on the surface of the QD’s shell and help maintain inter-particle distance.
В сегодняшнем пресс-релизе Samsung Electronics Co. сообщает, что в следующем месяце проведёт онлайн-форум по искусственному интеллекту (AI), чтобы поделиться мнениями экспертов о будущих технологиях, связанных с математическими алгоритмами, имитирующими человеческое мышление. Южнокорейский техногигант заявил, что из-за продолжающейся пандемии Samsung AI Forum 2020 пройдёт в режиме онлайн на официальном YouTube-канале 2 и 3 ноября. Ежегодный форум, который в 2020-м отмечает свой 4-й день рождения, стал весьма значимой платформой для обмена мнениями между исследователями и разработчиками AI, где они рассказывают о своих последних достижениях и делятся планами на будущее. Samsung Advanced Institute of Technology (SAIT), подразделение конгломерата Samsung Group, занимающееся исследованиями и разработками (R&D), проведёт первые сессии на тему «Технологии искусственного интеллекта для изменений в реальном мире» с Ким Ки-Намом, генеральным директором и главой бизнес-подразделения Samsung по решениям для электронных устройств, который откроет указанное мероприятие. Во второй день Samsung Research, основной центр исследований и разработок корпорации, проведёт сессии на тему «AI, ориентированный на человека». Samsung заявил об учреждении награды Samsung AI Researcher of the Year для поощрения молодых учёных в области искусственного интеллекта. По данным Samsung, лауреат премии выбирается среди исследователей искусственного интеллекта в возрасте до 35 лет. Победитель получит денежный приз в размере 30.000 долларов США и возможность выступить со своей презентацией на форуме. «Мы надеемся, что Samsung AI Forum 2020 будет способствовать лучшему пониманию разработок технологий искусственного интеллекта и их приложений, которые могут оказать положительное влияние на жизнь людей», - сказал Себастьян Сэнг, глава Samsung Research. «Учитывая, что в этом году форум будет проводиться онлайн, я надеюсь, что это мероприятие привлечёт большое внимание тех, кто интересуется технологиями искусственного интеллекта».
Samsung to host annual AI forum online next month
Samsung Electronics Co. said Tuesday it will hold an artificial intelligence (AI) forum online next month to share experts' insights on future technologies related to human-like algorithms amid the pandemic. The South Korean tech giant said the Samsung AI Forum 2020 will take place online via its YouTube channel on Nov. 2 and 3. Entering its fourth anniversary this year, the annual forum has been a platform for AI researchers to discuss their findings and ideas on the future of AI. Samsung Advanced Institute of Technology (SAIT), a research and development (R&D) unit of the company, will host the opening day sessions under the theme "AI Technologies for Changes in the Real World," with Kim Ki-nam, the CEO and head of Samsung's device solutions business division, delivering opening remarks. On the second day, Samsung Research, an R&D hub of the company's set business, will lead the sessions under the theme "Human-Centered AI." Samsung said it has established the "Samsung AI Researcher of the Year" award to encourage young AI scientists. The award recipient is selected among AI researchers aged 35 or younger, according to Samsung. The winner will get a cash prize of US$30,000 and have an opportunity to deliver a presentation at the forum. "We hope that Samsung AI Forum 2020 will contribute to enhanced understanding of AI technology developments and its applications that can bring positive impact to human lives," Sebastian Seung, head of Samsung Research, said. "Especially since this year's forum will be held online, I hope that the event will be an opportunity for greater participation of those interested in AI technologies."
Учёные из Высшего технологического института Samsung (Samsung Advanced Institute of Technology, SAIT) в сотрудничестве с Национальным институтом науки и технологии Ульсана (UNIST) и Кембриджским университетом рассказали об открытии нового материала под названием аморфный нитрид бора (a-BN). Исследование, опубликованное в авторитетном научном журнале Nature, способно ускорить появление полупроводников следующего поколения.
2D материалы – ключ к преодолению проблем масштабируемости
SAIT занимается исследованием и разработкой двумерных (2D) материалов – кристаллических веществ, состоящих из одного слоя атомов. В частности, специалисты института работали над изучением и разработкой графена и добились революционных результатов в этой области – создали новый графеновый транзистор, а также новый метод производства монокристаллических пластин большой площади из чешуйчатого графена. Помимо этого, учёные SAIT заняты ускорением коммерциализации материала. «Чтобы улучшить совместимость графена с полупроводниковыми процессами на основе кремния, выращивание плёнок графена на полупроводниковых подложках должно осуществляться при температуре ниже 400°C, – рассказал Хён Чжин Шин, руководитель проекта по разработке графена и главный исследователь SAIT. – Мы также постоянно работаем над расширением сферы применения графена, не ограничиваясь полупроводниками».
Трансформированный 2D материал – аморфный нитрид бора Недавно открытый материал под названием аморфный нитрид бора (a-BN) состоит из атомов бора и азота с аморфной структурой молекулы. Несмотря на то, что аморфный нитрид бора получают из белого графена, который включает атомы бора и азота, расположенных в гексагональной структуре, благодаря своей молекулярной структуре новый материал обладает уникальными отличиями от белого графена. Аморфный нитрид бора имеет лучшую в своём классе сверхнизкую диэлектрическую проницаемость 1,78 с сильными электромеханическими свойствами и может использоваться в качестве межсоединительного изоляционного материала для сокращения электрических помех. Также было продемонстрировано, что материал в чешуйчатой форме можно выращивать при низкой температуре, всего 400°C. В связи с этим ожидается, что аморфный нитрид бора будет широко применяться в полупроводниках, таких как решения DRAM и NAND, и, особенно, в памяти следующего поколения для крупномасштабных серверов. ********************************************************************************* 2012: графеновый барристор, триодное устройство с барьером Шоттки, управляемым затвором (SAIT, опубликовано в Science)
2014: чешуйчатый рост пластины монокристаллического монослоя графена на многоразовом водородно-терминированном германии (SAIT и Университет Сонгюнгван, опубликовано в Science)
2017: Реализация непрерывного монослоя углерода Захариасен (SAIT и Университет Сонгюнгван, опубликовано в журнале Science Advances)
2020: сверхнизкая диэлектрическая проницаемость аморфного нитрида бора (SAIT, UNIST и Кембриджский университет, опубликовано в журнале Nature) Samsung Leads Semiconductor Paradigm Shift with New Material Discovery Researchers at the Samsung Advanced Institute of Technology (SAIT) have unveiled the discovery of a new material, called amorphous boron nitride (a-BN), in collaboration with Ulsan National Institute of Science and Technology (UNIST) and the University of Cambridge. Published in the journal Nature, the study has the potential to accelerate the advent of the next generation of semiconductors.
2D Materials – The Key to Overcoming Scalability Challenges Recently, SAIT has been working on the research and development of two-dimensional (2D) materials – crystalline materials with a single layer of atoms. Specifically, the institute has been working on the research and development of graphene, and has achieved groundbreaking research outcomes in this area such as the development of a new graphene transistor as well as a novel method of producing large-area, single-crystal wafer-scale graphene. In addition to researching and developing graphene, SAIT has been working to accelerate the material’s commercialization. “To enhance the compatibility of graphene with silicon-based semiconductor processes, wafer-scale graphene growth on semiconductor substrates should be implemented at a temperature lower than 400°C.” said Hyeon-Jin Shin, a graphene project leader and Principal Researcher at SAIT. “We are also continuously working to expand the applications of graphene beyond semiconductors.”
2D Material Transformed – Amorphous Boron Nitride The newly discovered material, called amorphous boron nitride (a-BN), consists of boron and nitrogen atoms with an amorphous molecule structure. While amorphous boron nitride is derived from white graphene, which includes boron and nitrogen atoms arranged in a hexagonal structure, the molecular structure of a-BN in fact makes it uniquely distinctive from white graphene. Amorphous boron nitride has a best-in-class ultra-low dielectric constant of 1.78 with strong electrical and mechanical properties, and can be used as an interconnect isolation material to minimize electrical interference. It was also demonstrated that the material can be grown on a wafer scale at a low temperature of just 400°C. Thus, amorphous boron nitride is expected to be widely applied to semiconductors such as DRAM and NAND solutions, and especially in next generation memory solutions for large-scale servers. “Recently, interest in 2D materials and the new materials derived from them has been increasing. However, there are still many challenges in applying the materials to existing semiconductor processes.” said Seongjun Park, Vice President and Head of Inorganic Material Lab, SAIT. “We will continue to develop new materials to lead the semiconductor paradigm shift.” ********************************************************************************* 2012: Graphene Barristor, a Triode Device with a Gate-Controlled Schottky Barrier (SAIT, published in Science)
2014: Wafer-Scale Growth of Single-Crystal Monolayer Graphene on Reusable Hydrogen-Terminated Germanium (SAIT and Sungkyunkwan University, published in Science)
2017: Realization of continuous Zachariasen carbon monolayer (SAIT and Sungkyunkwan University, published in Science Advances)
2020: Ultra-low dielectric constant amorphous boron nitride (SAIT, UNIST and University of Cambridge, published in Nature)
10 марта Samsung Electronics сообщил о разработке перспективного полностью твердотельного аккумулятора. В официальном пресс-релизе говорится, что группа исследователей из Передового технологического института Samsung (SAIT) и Научно-исследовательского института Samsung в Японии (SRJ) опубликовала в профильном издании Nature Energy статью с результатами своей работы. Учёные завляют о создании эффективных и долговечных батарей с твердотельным электролитом. Полностью твердотельные аккумуляторы обещают большую плотность хранимой энергии, повышенную надёжность и устойчивость к износу, а также, что самое важное, повышенную безопасность при эксплуатации. Не секрет, что одной из причин возгорания литиево-ионных аккумуляторов могут служить такие внутренние процессы в батарее, как рост игольчатых кристаллов дендритов на аноде в процессе зарядки аккумулятора. Но это только в жидком электролите. В батарее с твёрдым электролитом эти процессы подавляются. Чтобы преодолеть негативный эффект и добиться улучшения потребительских характеристик литиево-ионных аккумуляторов, исследователи из Samsung предложили использовать на аноде тонкий слой композитного материала из углерода и серебра (Ag-C). Сверхтонкий нанокомпозитный слой Ag-C толщиной всего 5 микрометров позволил команде исследователей уменьшить толщину анода и увеличить плотность энергии до 900 Вт·ч/ л. Благодаря этому прототип ячейки нового аккумулятора удалось сделать на 50 % меньше, чем обычная литиево-ионная батарея. Однако нужно иметь ввиду, что речь идёт о научных изысканиях, поэтому в ближайшее время такие батареи в продаже не появятся. Указанное исследование ― это очередной шаг к получению перспективных технологий в секторе производства литиево-ионных аккумуляторов. Но следует признать, что перспективы у этой разработки хорошие. Даже прототип может позволить электромобилю проехать на одной зарядке до 800 км и способен выдержать не менее 1000 зарядных циклов. Samsung Presents Groundbreaking All-Solid-State Battery Technology to ‘Nature Energy’ On March 9 in London, researchers from the Samsung Advanced Institute of Technology (SAIT) and the Samsung R&D Institute Japan (SRJ) presented a study on high-performance, long-lasting all-solid-state batteries to Nature Energy, one of the world’s leading scientific journals. Compared to widely used lithium-ion batteries, which utilize liquid electrolytes, all-solid-state batteries support greater energy density, which opens the door for larger capacities, and utilize solid electrolytes, which are demonstrably safer. However, the lithium metal anodes that are frequently used in all-solid-state batteries, are prone to trigger the growth of dendrites1 which can produce undesirable side effects that reduce a battery’s lifespan and safety. To overcome those effects, Samsung’s researchers proposed utilizing, for the first time, a silver-carbon (Ag-C) composite layer as the anode. The team found that incorporating an Ag-C layer into a prototype pouch cell enabled the battery to support a larger capacity, a longer cycle life, and enhanced its overall safety. Measuring just 5µm (micrometers) thick, the ultrathin Ag-C nanocomposite layer allowed the team to reduce anode thickness and increase energy density up to 900Wh/L. It also enabled them to make their prototype approximately 50 percent smaller by volume than a conventional lithium-ion battery. This promising research is expected to help drive the expansion of electric vehicles (EVs). The prototype pouch cell that the team developed would enable an EV to travel up to 800km on a single charge, and features a cycle life of over 1,000 charges. As Dongmin Im, Master at SAIT’s Next Generation Battery Lab and the leader of the project explained, “The product of this study could be a seed technology for safer, high-performance batteries of the future. Going forward, we will continue to develop and refine all-solid-state battery materials and manufacturing technologies to help take EV battery innovation to the next level.”
1 Dendrites are needle-like crystals that can develop on the anode of a battery during charging.
Исследователи Samsung Advanced Institute of Technology (SAIT) совместно с сотрудниками из Массачусетского технологического института (MIT) разработали инновационный неинвазивный метод отслеживания уровня глюкозы в крови с применением технологии под названием Рамановская спектроскопия. В январе учёные представили своё открытие в научном журнале Science Advances, издаваемом Американской ассоциацией содействия развитию науки. В связи с увеличением количества больных диабетом во всём мире, эффективный мониторинг уровня глюкозы в крови сегодня особенно важен. Как правило, для этого требуется уколоть палец пациента, чтобы получить каплю крови, поэтому врачи давно искали неинвазивные методы забора биоматериала, не причиняющие боль и дискомфорт. «Неинвазивный мониторинг уровня глюкозы в крови активно обсуждался на протяжении десятилетий, и я верю, что наша работа поможет определить направление будущих исследований в этой сфере, – прокомментировал д-р Сэн Хён-Нам (Sung Hyun Nam), магистр лаборатории мобильного здравоохранения SAIT. – Мы продолжим искать решения сложных задач и надеемся, что это приведёт к выходу неинвазивных датчиков глюкозы в крови на рынок и в конечном итоге поможет облегчить жизнь людям с диабетом». Рамановская спектроскопия использует лазеры для идентификации химического состава крови. Исследования применения этого способа для определения уровня глюкозы продемонстрировали способность измерять его, прежде всего, путём представления статистических корреляций с контрольной концентрацией этого вещества в биоматериале. При этом перед учёными возникли вопросы об эффективности и точности применения такого метода, поскольку результаты не были подтверждены. Чтобы преодолеть ограничения, которые возникли в ходе предыдущих исследований, учёные исследовательского института Samsung разработали внеосевую систему комбинационного рассеяния света, которая позволяет непосредственно наблюдать пики комбинационного рассеяния глюкозы в коже in vivo. Используя эту систему, они продемонстрировали одно из самых высоких значений точности прогнозирования среди неинвазивных технологий. Исследовательская группа также разработала передовую технику для снижения влияния артефактов движения на определение глюкозы путём спектроскопии комбинационного рассеяния. Подробнее с результатами исследования можно ознакомиться здесь. Ранее в Samsung был разработан эффективный метод инвазивного мониторинга крови пациентов, предрасположенных к заболеванию сахарным диабетом. Для этого использовались смартфоны Samsung Z1, работающие на операционной системе TIZEN. В комплект поставки входило дополнительное ПО и компактное приспособление для анализа кровяного мазка при помощи камеры смартфона и светодиодной подсветки определённого спектра. Samsung Researchers’ Non-Invasive Blood Glucose Monitoring Method Featured in ‘Science Advances’ With diabetes and its associated costs on the rise around the world, effective blood glucose monitoring is considered more important than ever. While conventional methods have required people with diabetes to prick their finger to extract blood drops, non-invasive alternatives, which minimize patients’ pain and discomfort, have been a long-standing dream in diabetes management. Recently, researchers at the Samsung Advanced Institute of Technology (SAIT), Samsung Electronics, in collaboration with the Massachusetts Institute of Technology (MIT), developed an innovative, non-invasive method for monitoring blood glucose levels that utilizes a technique known as Raman spectroscopy. On January 24, the researchers presented their findings in Science Advances, a scientific journal from the American Association for the Advancement of Science. Raman spectroscopy is a spectroscopic method that utilizes lasers for chemical composition identification. Previous studies that utilized Raman spectroscopy for glucose sensing in recent decades demonstrated a capability to measure glucose mainly by presenting statistical correlations to the reference glucose concentration. However, those studies raised questions regarding the effectiveness and accuracy of using Raman spectroscopy for glucose measurement due to a lack of direct evidence for glucose sensing. To break through the limitations that arose in prior studies, Samsung’s researchers developed an off-axis Raman spectroscopy system that enables the direct observation of glucose Raman peaks from in vivo skin. Utilizing this system, they demonstrated one of the highest prediction accuracies among non-invasive technologies. The research team also developed an innovative technique for reducing the effects of movement artifacts on glucose sensing in Raman spectroscopy. “Non-invasive blood glucose monitoring has been a topic of great discussion for decades, and I believe that our findings will help guide the direction of future studies for non-invasive glucose sensing,” said Dr. Sung Hyun Nam, Master at SAIT’s Mobile Healthcare Lab. “We will continue to solve challenging problems with the belief that this will lead to the commercialization of non-invasive blood glucose sensors, and ultimately help make life easier for people with diabetes.” Samsung has previously developed an effective method for invasively monitoring the blood of patients with diabetes. For this, Samsung Z1 smartphones running on the TIZEN operating system were used. The package included additional software and a compact device for analyzing a blood smear using a smartphone camera and LED illumination of a certain spectrum.
