Videnskabsmænd designer kunstig synsapparat

Videnskabsmænd ved Georgia State University har succesfuldt udviklet en type kunstigt synsapparat, der kan føre til udviklingen af en “elektrisk øje”. Det nye apparat indeholder en ny, vertikal arkitektur, der muliggør en større dybde af farvegenkendelse og skalerbarhed på mikroniveau.

Den nye forskning blev offentliggjort i tidsskriftet ACS Nano.

Eventuelle mikroskala-kameraer for mikro-robotter

Sidong Lei er en assistant professor i fysik og hovedforfatter af forskningen.

“Dette arbejde er det første skridt mod vores endelige destination – at udvikle en mikroskala-kamera til mikro-robotter,” siger Siding Lei. “Vi illustrerer den fundamentale princip og muligheden for at konstruere denne nye type billedsensor med fokus på miniaturisering.”

Arbejdet, der er udført af Leis team, kan føre til en biomimetisk kunstigt synsapparat, der bruger syntetiske metoder til at efterligne biokemiske processer. Det kan opnås ved hjælp af nanoteknologi.

“Det er velkendt, at mere end 80 procent af informationen indhentes via syn i forskning, industri, medicin og vores daglige liv,” fortsætter han. “Det ultimative formål med vores forskning er at udvikle en mikro-skala-kamera til mikro-robotter, der kan indgå i smalle rum, der er utilgængelige for nuværende midler, og åbne op for nye horisonter i medicinsk diagnose, miljøstudier, produktion, arkæologi og mere.”

Biometrisk “elektrisk øje”

Dette nye biometriske “elektriske øje” fremmer farvegenkendelse, der er den vigtigste synsfunktion. Dette er ekstremt vigtigt, da konventionelle farvesensorer normalt optager en stor mængde fysisk plads, samtidig med at de tilbyder mindre præcis farvedetektion.

Ningxin Li er en ph.d.-studerende i Dr. Leis Funktionelle Materialer Studio.

“Den nye funktionalitet, der er opnået i vores billedsensorarkitektur, afhænger helt af den hurtige fremgang i van der Waals-halvledere i de seneste år,” siger Li. “I forhold til konventionelle halvledere, såsom silicium, kan vi præcist kontrollere van der Waals-materialets båndstruktur, tykkelse og andre kritiske parametre for at registrere de røde, grønne og blå farver.”

Van der Waals-halvlederne, der afhænger af vertikale farvesensorer, tilhører en ny klasse af materialer, hvor enkelt atomlag er bundet sammen af svage van der Waals-kræfter. De er afgørende for at opdage nye fysikalske fænomener og designe næste generations enheder.

“Den ultra-tynde, mekaniske og kemiske stabilitet af disse nye halvledermaterialer tillader os at stable dem i vilkårlige rækkefølger. Således introducerer vi en tredimensionel integrationsstrategi i modsætning til den nuværende planære mikroelektronik-lægning. Den højere integrationsdensitet er den primære årsag til, at vores enhedsarkitektur kan accelerere nedskaleringen af kameraer,” siger Li.

Pending patent-teknologi

Denne nye teknologi er pending patent hos Georgia States Kontor for Teknologi-overførsel og Kommercialisering (OTTC).

Cliff Michaels er direktør for OTTC.

“Da nanoteknologien avancerer og enhederne bliver mindre, vil disse mindre, højtsensitive farvesensorer være utrolig nyttige,” siger Michaels.

Ifølge forskerne kan den nye opdagelse hjælpe med at fremme enheder til synshandicappede.

“Denne teknologi er afgørende for udviklingen af biomimetiske elektroniske øjne og andre neuromorfe proteseenheder,” siger Li. “Højkvalitets farve registrering og billedgenkendelse kan bringe nye muligheder for farvegenkendelse for synshandicappede i fremtiden.”

“Dette er et stort skridt fremad, men vi står stadig over for videnskabelige og tekniske udfordringer, for eksempel wafer-skala-integration. Kommercielle billedsensorer kan integrere millioner af pixler for at levere højdefinitionsbilleder, men dette er ikke implementeret i vores prototype endnu,” fortsætter han. “Denne stor-skala van der Waals-halvleder-enhed-integration er i øjeblikket en kritisk udfordring, der skal overvindes af hele forskningssamfundet. Sammen med vores landsdækkende samarbejdspartnere er det, hvor vores team koncentrerer vores indsats.”