Wissenschaftler entwerfen künstliches Sehgerät

Wissenschaftler an der Georgia State University haben erfolgreich ein künstliches Sehgerät entwickelt, das zur Entwicklung eines “elektrischen Auges” führen könnte. Das neue Gerät verwendet eine neuartige vertikale Stapelarchitektur, die eine bessere Farbtiefe und Skalierbarkeit auf Mikroebene ermöglicht.

Die neue Forschung wurde im Journal ACS Nano veröffentlicht.

Eventuelle Mikroskalkameras für Mikro-Roboter

Sidong Lei ist Assistenzprofessor für Physik und Leitautor der Forschung.

“Diese Arbeit ist der erste Schritt auf unserem Weg, um eine Mikroskalkamera für Mikro-Roboter zu entwickeln”, sagte Siding Lei. “Wir veranschaulichen das grundlegende Prinzip und die Machbarkeit, diesen neuen Typ von Bildsensor mit dem Schwerpunkt auf Miniaturisierung zu konstruieren.”

Die Arbeit, die von Leis Team durchgeführt wurde, könnte zu einem biomimetischen künstlichen Sehgerät führen, das synthetische Methoden verwendet, um biochemische Prozesse nachzuahmen. Dies könnte durch die Verwendung von Nanotechnologie erreicht werden.

“Es ist allgemein bekannt, dass mehr als 80 Prozent der Informationen durch das Sehen in der Forschung, Industrie, Medizin und unserem täglichen Leben erfasst werden”, fährt er fort. “Das ultimative Ziel unserer Forschung ist es, eine Mikroskalkamera für Mikro-Roboter zu entwickeln, die in engen Räumen eindringen kann, die derzeit nicht zugänglich sind, und neue Horizonte in der medizinischen Diagnose, Umweltstudien, Fertigung, Archäologie und mehr eröffnen.”

Biometrisches “elektrisches Auge”

Dieses neue biometrische “elektrische Auge” verbessert die Farberkennung, die die wichtigste Sehfunktion ist. Dies ist besonders wichtig, da herkömmliche Farbsensoren normalerweise viel physischen Raum einnehmen und weniger genaue Farberkennung bieten.

Ningxin Li ist ein Doktorand in Dr. Leis Functional Materials Studio.

“Die neue Funktionalität, die in unserem Bildsensor-Architektur erreicht wurde, hängt von den schnellen Fortschritten der van-der-Waals-Halbleiter in den letzten Jahren ab”, sagt Li. “Im Vergleich zu herkömmlichen Halbleitern, wie Silizium, können wir die van-der-Waals-Material-Bandstruktur, Dicke und andere wichtige Parameter genau kontrollieren, um die roten, grünen und blauen Farben zu erkennen.”

Die van-der-Waals-Halbleiter, die auf vertikalen Farbsensoren basieren, gehören zu einer neuen Klasse von Materialien, bei denen einzelne atomare Schichten durch schwache van-der-Waals-Kräfte gebunden sind. Sie sind entscheidend für die Entdeckung neuer Physik und die Entwicklung von Next-Gen-Geräten.

“Die Ultra-Dünnschichtigkeit, mechanische und chemische Stabilität dieser neuen Halbleitermaterialien ermöglichen es uns, sie in beliebiger Reihenfolge zu stapeln. Wir führen also tatsächlich eine dreidimensionale Integrationsstrategie ein, im Gegensatz zur aktuellen planaren Mikroelektronik-Layout. Die höhere Integrationsdichte ist der Hauptgrund, warum unsere Gerätearchitektur die Miniaturisierung von Kameras beschleunigen kann”, sagt Li.

Patentiertes Verfahren

Diese neue Technologie ist patentiert bei der Georgia State’s Office of Technology Transfer & Commercialization (OTTC).

Cliff Michaels ist der Direktor von OTTC.

“Wenn die Nanotechnologie fortschreitet und Geräte kompakter werden, werden diese kleineren, hochsensiblen Farbsensoren unglaublich nützlich sein”, sagte Michaels.

Laut den Forschern könnte die neue Entdeckung dazu beitragen, Geräte für sehbehinderte Menschen zu verbessern.

“Diese Technologie ist entscheidend für die Entwicklung von biomimetischen elektronischen Augen und anderen neuromorphen Prothesegeräten”, sagt Li. “Eine hochwertige Farberkennung und Bilderkennungsfunktion könnte neue Möglichkeiten für die Wahrnehmung von farbigen Gegenständen für sehbehinderte Menschen in der Zukunft eröffnen.”

“Dies ist ein großer Schritt nach vorne, aber wir stehen noch vor wissenschaftlichen und technischen Herausforderungen, zum Beispiel der Wafer-Skalen-Integration. Kommerzielle Bildsensoren können Millionen von Pixeln integrieren, um hochauflösende Bilder zu liefern, aber dies wurde in unserem Prototyp noch nicht umgesetzt”, fährt er fort. “Diese großflächige van-der-Waals-Halbleiter-Geräteintegration ist derzeit eine kritische Herausforderung, die von der gesamten Forschungsgemeinschaft überwunden werden muss. Zusammen mit unseren nationalen Kooperationspartnern ist dies der Bereich, in dem unser Team seine Bemühungen konzentriert.”