Изследователи от Държавния университет в Джорджия успешно проектират нов тип устройство за изкуствено зрение, което включва нова архитектура с вертикално подреждане и позволява по-голяма дълбочина на разпознаване на цветовете и мащабируемост на микрониво. Новото изследване е публикувано в водещото списание ACS Nano.
„Тази работа е първата стъпка към нашата крайна цел – да разработим микромащабна камера за микророботи“, казва асистентът по физика Сидонг Лей, който ръководи изследването. „Ние конструираме този нов тип сензор за изображения с акцент върху миниатюризацията.“
Екипът на Лей успява да положи основите на биомиметичното устройство за изкуствено зрение, използвайки синтетични методи за имитация на биохимични процеси.
„Добре известно е, че повече от 80 процента от информацията в ежедневието ни се улавя от зрението. „Крайната цел на нашето изследване е да разработим микромащабна камера за микророботи, които могат да влизат в тесни пространства и да отварят нови хоризонти в медицинската диагностика, изследването на околната среда, производството, археологията и др.
Това биомиметично „електрическо око“ подобрява разпознаването на цветовете, най-критичната функция на зрението, която се пропуска в настоящите изследвания поради трудността при малкия мащаб на преобладаващите устройства със сензори за цветове. Конвенционалните цветни сензори обикновено имат странично разположени канали със сензори за цвят, използват голямо физическо пространство и предлагат малка точност при разпознаване на цветовете.
Изследователите разработват уникална техника за подреждане, която предлага нов подход към хардуерния дизайн. Вертикалната сензорна структура с полупроводници на van der Waals предлага прецизна способност за разпознаване на цветовете, която може да опрости дизайна на системата с оптични лещи, което да доведе до намаляване на мащаба на устройствата за изкуствено зрение.
Нингсин Ли, студент в Студиото за функционални материали на д-р Лей, който е част от изследователския екип, казва, че последните постижения в технологиите правят новия дизайн възможен.
„Новата функционалност, постигната в нашата архитектура при сензора за изображения, зависи от бързия напредък на полупроводниците на van der Waals през последните години“, казва Ли. „В сравнение с конвенционалните полупроводници, като силиций, ние можем прецизно да контролираме структурата на материала на van der Waals, дебелината и други критични параметри, за да разграничим червения, зеления и синия цвят.
Вертикалните сензори за цвят на полупроводниците на van der Waals (vdW-Ss) представляват нововъзникнал клас материали, в които отделните атомни слоеве са свързани със слаби сили на van der Waals и представляват една от най-известните платформи за нова физика и проектиране на устройства от следващо поколение.
„Ултратънкостта, механичната гъвкавост и химическата стабилност на тези нови полупроводникови материали ни позволява да ги подреждаме в произволен ред. Така че ние всъщност въвеждаме стратегия за триизмерна интеграция за разлика от сегашната планарна микроелектроника. по-високата плътност на интеграция е основната причина, поради която архитектурата на нашето устройство може да ускори намаляването на мащаба на камерите“, казва Ли.
Технологията в момента е в процес на патентоване в Службата за трансфер на технологии и комерсиализация на щата Джорджия (OTTC). OTTC очаква, че този нов дизайн ще бъде от голям интерес за индустрията. „Тази технология има потенциала да преодолее някои от ключовите недостатъци, наблюдавани при настоящите сензори, казва директорът на OTTC, Клиф Майкълс. „Тъй като нанотехнологиите напредват и устройствата стават по-компактни, тези по-малки, силно чувствителни сензори за цвят ще бъдат невероятно полезни.“
Изследователите смятат, че откритието може да доведе до напредък, който да помогне на хората с увредено зрение един ден.
„Тази технология е от решаващо значение за развитието на биомиметични електронни очи, а също и на други невроморфни протезни устройства“, казва Ли. „Висококачественото цветово разпознаване и функцията за разпознаване на изображения може да донесе нови възможности за възприемане на цветове от хората с увредено зрение в бъдеще.“
Лей казва, че екипът му ще продължи да прокарва напред тези модерни технологии, използвайки наученото от това откритие.
„Това е страхотна стъпка напред, но все още сме изправени пред научни и технически предизвикателства. Търговските сензори за изображения могат да интегрират милиони пиксели, за да предоставят изображения с висока разделителна способност, но това не е внедрено в нашия прототип все още“, казва той. „Тази широкомащабна интеграция на полупроводникови устройства на van der Waals в момента е критично предизвикателство, което трябва да бъде преодоляно от цялото изследователско общество. Източник: www.sciencedaily.com
