يُعد الطيف أحد أهم أبعاد المعلومات الضوئية، ويُطلق عليه "الجين الضوئي" و"بصمة الضوء". يتيح التصوير الطيفي فائق الدقة الحصول في الوقت نفسه على معلومات طيفية متعددة الأبعاد للهدف، وهو تقنية استشعار أساسية في مجالات الاستشعار عن بعد الفضائي والجوي، والقيادة الذكية، ورصد البيئة، والطب الدقيق. فريق الأكاديمي تشانغ جيون من جامعة بكين للتكنولوجيا طرح لأول مرة في العالم مفهوم الحوسبة الطيفية المتخصصة، وابتكر بنية جديدة كلياً للحوسبة الطيفية على الرقاقة، مما حل مشكلة التحليل الفوري عبر الإنترنت للتصوير الطيفي فائق الدقة، ونُشرت نتائج البحث ذات الصلة في 28 أغسطس في المجلة الدولية "ساينس" (Science).
يولّد التصوير الطيفي فائق الدقة كميات هائلة من البيانات، غير أن النمط التقليدي القائم على جمع البيانات الخام في الموقع ونقلها إلى خوادم خلفية لتحليلها لاحقاً يعيق بشدة التطبيق العملي لهذه التقنية في المواقع الديناميكية المعقدة. لذلك، هناك حاجة ماسة إلى أن تُنجز أطراف الاستشعار محلياً إعادة بناء الطيف وتحديد المواد وتحليل المعلومات، لتحقيق مبدأ "الاستشعار هو التحليل، والجمع هو القرار".
تجاوز الفريق مسار الاعتماد على وحدات المعالجة العامة CPU/GPU وقيد بنية فون نيومان للحوسبة الزمنية التقليدية، واقترح بشكل مبتكر طريقة حوسبة متوازية في المجال الشبيه بالبيانات، حيث يقوم بتعيين مخطط الحوسبة الطيفية الكامل مباشرة إلى الفضاء المادي لعتاد الرقاقة، وبناء قناة تدفق بيانات مستمرة تتكون من عوامل حوسبة موزعة، مما يلغي تماماً وقت الانتظار الخامل لعتاد الحوسبة، ويحقق قفزة في التصوير الطيفي فائق الدقة من "المعالجة اللاحقة خارج الموقع" إلى "الحوسبة الفورية على الرقاقة في الموقع"، ويفتح مساراً تقنياً جديداً كلياً للجيل القادم من أنظمة الرؤية الطيفية فائقة الدقة المتكاملة والمدمجة.
بالاعتماد على هذه البنية المبتكرة، أكمل الفريق حلقة هندسية متكاملة تمتد من الاستكشاف النظري وتطوير الرقائق إلى تصنيع الأجهزة الكاملة، ونجح في التغلب تباعاً على سلسلة من التقنيات الرئيسية بما في ذلك تسريع عتاد تدفق البيانات عالية الكثافة، وتصنيع رقائق الحوسبة الطيفية المتخصصة، وشبكات إعادة بناء الطيف الذكية خفيفة الوزن القائمة على الذكاء الاصطناعي، وطوّر بشكل مستقل أول نظام مصغّر للتصوير الطيفي فائق الدقة متكامل وفوري في العالم — "هايبرفيجن" (HyperVision).
يبلغ وزن نظام HyperVision بالكامل حوالي 950 غراماً فقط، واستهلاكه للطاقة 25.3 واط فقط، وهو أقل بعشر مرات من استهلاك حلول GPU التقليدية. يدمج النظام رقاقة حوسبة طيفية متخصصة مطورة ذاتياً مع مستشعر تصوير طيفي عريض النطاق، ومزوّد بوحدة بطارية كبيرة السعة وشاشة عرض عالية الوضوح، ويتميز بمزايا الحجم الصغير والوزن الخفيف والاستهلاك المنخفض للطاقة وعمر البطارية الطويل والذكاء العالي، دون الحاجة إلى مصدر طاقة خارجي أو الاعتماد على مجموعات حوسبة خارجية، ويُخرج صوراً طيفية فائقة الدقة في الزمن الحقيقي بمستوى الفيديو عبر نطاق عريض من الطيف المرئي إلى القريب من الأشعة تحت الحمراء.
أجرى الفريق اختبارات تحقق ميدانية للنظام في سيناريوهات ديناميكية حقيقية مثل القيادة الذكية، ورصد الدخان، والتصوير الجوي من الطائرات بدون طيار إلى الأرض. وأشاد المحكّمون بالنتيجة واصفين إياها بأنها "تحسين عميق للبنية المعمارية" و"تقدّم تقني بالغ الأهمية" يتمتع بـ"درجة نادرة من النضج الهندسي".
في عام 2024، نجح فريق تشانغ جيون في التغلب على تحديات الترميز البصري على الرقاقة ونشر بحثاً في مجلة "نيتشر" (Nature)، والنتيجة الحالية تتغلب بدورها على عنق الزجاجة الحسابي. لقد فتح نظام HyperVision المسار الكامل لتقنية التصوير الطيفي فائق الدقة من النظرية المخبرية إلى الأجهزة المحمولة خفيفة الوزن والتطبيقات الحسية الفورية عبر الإنترنت، مما يفتح آفاقاً جديدة تماماً للمجالات الاستراتيجية الناشئة مثل الاستشعار عن بعد الفضائي والجوي، والقيادة الذكية، والزراعة الذكية، والطب الدقيق، ومسارات الصناعات الجديدة عالية الجودة.