Naukowcy zbudowali sztuczną siatkówkę z minerałów perowskitowych, które mogą wykrywać światło w podobny sposób jak ludzkie oko. W testach urządzenie było nawet w stanie rozpoznać odręcznie napisane cyfry.
Oczy ludzi i innych ssaków działają dzięki komórkom fotoreceptorowym – pręcikom i czopkom – znajdującym się w siatkówce, które absorbują nadchodzące fotony i wysyłają sygnały elektryczne do mózgu. W ramach nowego badania naukowcy z KAUST (King Abdullah University of Science and Technology — Uniwersytet Nauki i Techniki Króla Abdullaha) postanowili naśladować ten proces w sztucznym urządzeniu.
Kluczowym składnikiem jest perowskit (minerał z grupy perowskitów, zbudowany z tytanianu(IV) wapnia, CaTiO₃) – materiał, który bardzo skutecznie pochłania światło i jako taki staje się liderem w nowej generacji ogniw słonecznych. W tym przypadku zespół wykorzystał tę zdolność pochłaniania światła do stworzenia nietypowego czujnika.
Nanokryształy perowskitu zostały osadzone na polimerze, a następnie ta warstwa została umieszczona pomiędzy dwiema elektrodami – aluminiową na spodzie i tlenku indowo-cynowego na górze. Ta górna elektroda została wytrawiona, aby przepuszczać światło do warstwy perowskitu, tworząc szereg fotoreceptorów. Są one wykonane na podłożu poliimidowym, które pozwala urządzeniu wyginać się do dowolnego potrzebnego kształtu, takiego jak ludzka siatkówka.
Aby przetworzyć światło wejściowe, tę macierz fotoreceptorów połączono z czujnikiem CMOS i siecią neuronową ze 100 neuronami wyjściowymi. W testach z matrycą 4✕4 urządzenie oświetlano za pomocą diod LED o różnych kolorach i stwierdzono, że odpowiedź optyczna była bardzo podobna do reakcji ludzkiego oka, przy czym system był szczególnie wrażliwy na światło zielone. W innych testach system był nawet w stanie rozpoznać ręcznie pisane cyfry z dokładnością do 72 procent. Był również bardzo stabilny, bez zmiany reakcji na światło po 129 tygodniach.
Pomimo swojej biologicznej inspiracji, ta sztuczna siatkówka prawdopodobnie nie będzie przeznaczona do przeszczepów u ludzi. Zespół twierdzi, że przy większym rozwoju urządzenie to będzie wykorzystywane do tworzenia bardziej zaawansowanych systemów wizyjnych do kamer i robotów.
Interfejs neuronowy i odpowiedź wyjściowa:
a) Spikująca sieć neuronowa przetwarzająca ciąg impulsów, wygenerowana po obejrzeniu odręcznych cyfr, b) Schemat obwodu CMOS o małej mocy zaprojektowanego do współpracy z CPR w celu wygenerowania ciągu impulsów. c) Wyjściowy ciąg impulsów przy zielonkawo-żółtym świetle i przy różnych natężeniach oświetlenia oraz d) Szybkostrzelność przy różnych natężeniach i kolorach światła
Ostatecznym celem naszych badań w tej dziedzinie jest opracowanie wydajnych neuromorficznych czujników wizyjnych do budowy wydajnych kamer do zastosowań wizyjnych – powiedział Khaled Nabil Salama, korespondent autor badania. Istniejące systemy wykorzystują fotodetektory, które wymagają zasilania do działania, a tym samym zużywają dużo energii, nawet w trybie czuwania. W przeciwieństwie do tego, proponowane przez nas fotoreceptory to urządzenia pojemnościowe, które nie zużywają do działania energii statycznej.
Wyniki badań opublikowano w czasopiśmie Light: Science & Applications.
➔ Obserwuj nas w Google News, aby być na bieżąco!
źródło: KAUST | Techxplore
Od 2005 roku zajmuję się komunikacją internetową i e-marketingiem, jestem pasjonatem urządzeń mobilnych oraz nowych technologii – i nie waham się ich używać.