علماء يصممون جهاز رؤية اصطناعي

قام علماء في جامعة ولاية جورجيا بنجاح بتطوير نوع من أجهزة الرؤية الاصطناعية التي يمكن أن تؤدي إلى تطوير “عين كهربائية”. يتضمن الجهاز الجديد بنية جديدة للتكديس الرأسي يسمح بعمق أكبر في التعرف على الألوان وقابلية للتوسع على المستوى المجهري.

نشرت الأبحاث الجديدة في مجلة ACS Nano.

كاميرات مايكروسكوبية محتملة لآلات دقيقة

سيدونج لي هو أستاذ مساعد في الفيزياء ومؤلف رئيسي للأبحاث.

“هذا العمل هو الخطوة الأولى نحو وجهتنا النهائية – تطوير كاميرا مايكروسكوبية لآلات دقيقة”، يقول سيدونج لي. “نوضح المبدأ الأساسي وجدوى إنشاء هذا النوع الجديد من مستشعر الصور مع التركيز على التقليل من الحجم.”

يمكن أن يؤدي العمل المنجز بواسطة فريق لي إلى تطوير جهاز رؤية اصطناعي محاكٍ للأنظمة البيولوجية يقلد العمليات البيوكيميائية باستخدام الطرق الاصطناعية. يمكن أن يتحقق ذلك باستخدام التكنولوجيا النانوية.

“من المعروف جيدًا أن أكثر من 80٪ من المعلومات يتم التقاطها بواسطة الرؤية في البحث والصناعة والطب والحياة اليومية”، يواصل. “الغرض النهائي لأبحاثنا هو تطوير كاميرا مايكروسكوبية لآلات دقيقة يمكنها الدخول إلى فراغات ضيقة لا يمكن الوصول إليها بالوسائل الحالية، وفتح آفاق جديدة في التشخيص الطبي ودراسة البيئة والتصنيع والأثريات والمزيد.”

“عين كهربائية” حيوية

يتقدم هذا الجهاز البيولوجي الجديد في التعرف على الألوان، وهو الوظيفة الأكثر أهمية في الرؤية. هذا أمر بالغ الأهمية بالنظر إلى أن مستشعرات الألوان التقليدية عادة ما تستهلك مساحة فيزيائية كبيرة وتقدم كشفًا أقل دقة للألوان.

نينجكسين لي هو طالب دراسات عليا في استوديو المواد الوظيفية للدكتور لي.

“الوظائف الجديدة المنجزة في هيكلنا لمستشعر الصور تعتمد جميعها على التقدم السريع لأشباه موصلات فان دير فالس خلال السنوات الأخيرة”، يقول لي. “بالنسبة للمواد الشبه موصلة التقليدية، مثل السيليكون، يمكننا التحكم بدقة في بنية نطاقات الطاقة في مواد فان دير فالس، والسمك، والعوامل الحاسمة الأخرى لاكتشاف الألوان الحمراء والخضراء والزرقاء.”

تعتمد المواد الشبه موصلة فان دير فالس، التي تعتمد على مستشعرات الألوان الرأسية، على فئة جديدة من المواد التي ترتبط طبقاتها الذرية الفردية بقوى فان دير فالس الضعيفة. وهي حاسمة لاكتشاف فيزياء جديدة وتصميم أجهزة الجيل التالي.

“الرقة الشديدة والاستقرار الميكانيكي والكيميائي لهذه المواد الشبه موصلة الجديدة تسمح لنا بترتيبها في أي ترتيب. لذلك، نحن نقدم استراتيجية تكامل ثلاثي الأبعاد على عكس التخطيط المستوي الحالي للإلكترونيات الدقيقة. الكثافة التكاملية الأعلى هي السبب الرئيسي الذي يمكّن بنية جهازنا من تسريع تصغير الكاميرات”، يقول لي.

تكنولوجيا بانتظار براءة اختراع

هذه التكنولوجيا الجديدة بانتظار براءة اختراع في مكتب نقل وتسويق التكنولوجيا بجامعة ولاية جورجيا.

كليف مايكلز هو مدير مكتب نقل وتسويق التكنولوجيا.

“مع تقدم التكنولوجيا النانوية وصيرورة الأجهزة أكثر إحكامًا، ستكون هذه المستشعرات اللونية الصغيرة الحساسة للغاية مفيدة بشكل لا يصدق”، يقول مايكلز.

وفقًا للباحثين، يمكن أن تساعد هذه الاكتشافات الجديدة على تقدم الأجهزة للمرضى الذين يعانون من ضعف البصر.

“هذه التكنولوجيا حاسمة لتطوير العيون الإلكترونية المحاكية للأنظمة البيولوجية والأجهزة التعويضية الأخرى ذات البنية العصبية المحاكية”، يقول لي. “وظيفة الاستشعار اللوني والتعرف على الصور عالية الجودة قد تفتح إمكانيات جديدة لاكتشاف الأشياء الملونة للمرضى الذين يعانون من ضعف البصر في المستقبل.”

“هذه خطوة كبيرة إلى الأمام، ولكننا ما زلنا نواجه تحديات علمية وفنية أمامنا، على سبيل المثال، التكامل على مستوى الرقاقة شبه الموصلة. يمكن لمستشعرات الصور التجارية دمج ملايين البكسل لتوفير صور عالية الدقة، ولكن هذا لم يتم تطبيقه في نموذجنا بعد”، يواصل. “تكامل أجهزة شبه موصلة فان دير فالس على نطاق كبير هو تحد علمي وفني حالي يجب على مجتمع البحث ككل التغلب عليه. جنبًا إلى جنب مع شركائنا على مستوى الدولة، هذا هو المكان الذي يبذل فيه فريقنا جهوده.”