Ερευνητές Σχεδιάζουν Τεχνητή Οπτική Συσκευή

Ερευνητές στο Πολιτειακό Πανεπιστήμιο της Τζόρτζια έχουν αναπτύξει επιτυχώς ένα είδος τεχνητής οπτικής συσκευής που μπορεί να οδηγήσει στην ανάπτυξη ενός “ηλεκτρικού ματιού”. Η νέα συσκευή ενσωματώνει μια νέα αρχιτεκτονική κατακόρυφης στοίβαξης που επιτρέπει μεγαλύτερο βάθος αναγνώρισης χρωμάτων και κλιμάκωση σε μικροεπίπεδο.

Η νέα έρευνα δημοσιεύθηκε στο περιοδικό ACS Nano.

Μελλοντικές κάμερες μικροκλίμακας για μικρορομπότ

Ο Sidong Lei είναι επίκουρος καθηγητής φυσικής και πρώτος συγγραφέας της έρευνας.

«Αυτό το έργο είναι το πρώτο βήμα προς τον τελικό προορισμό μας – να αναπτύξουμε μια μικρομετρική κάμερα για μικρορομπότ», λέει ο Siding Lei. «Δείχνουμε την θεμελιώδη αρχή και τη δυνατότητα να κατασκευάσουμε αυτό το νέο είδος αισθητήρα εικόνας με έμφαση στη σμίκρυνση».

Το έργο που ολοκληρώθηκε από την ομάδα του Lei μπορεί να οδηγήσει σε μια βιομιμητική τεχνητή οπτική συσκευή που χρησιμοποιεί συνθετικές μεθόδους για να μιμηθεί βιοχημικές διαδικασίες. Αυτό μπορεί να επιτευχθεί με τη χρήση νανοτεχνολογίας.

«Είναι γνωστό ότι περισσότερο από το 80% των πληροφοριών συλλέγεται με την όραση σε έρευνα, βιομηχανία, ιατρική και καθημερινή ζωή», συνεχίζει. «Ο τελικός σκοπός της έρευνάς μας είναι να αναπτύξουμε μια μικρομετρική κάμερα για μικρορομπότ που μπορεί να εισέλθει σε στενούς χώρους που είναι απρόσιτοι με τις τρέχουσες μεθόδους και να ανοίξει νέους ορίζοντες στη διάγνωση, μελέτη του περιβάλλοντος, παραγωγή, αρχαιολογία και άλλα».

Βιομετρικό “Ηλεκτρικό Μάτι”

Αυτό το νέο βιομετρικό “ηλεκτρικό μάτι” προωθεί την αναγνώριση χρωμάτων, η οποία είναι η πιο κρίσιμη λειτουργία της όρασης. Αυτό είναι εξαιρετικά σημαντικό δεδομένου ότι οι συμβατικοί αισθητήρες χρωμάτων συνήθως καταλαμβάνουν ένα μεγάλο φυσικό χώρο ενώ προσφέρουν λιγότερο ακριβή ανίχνευση χρωμάτων.

Ο Ningxin Li είναι μεταπτυχιακός φοιτητής στο Functional Materials Studio του Δρ. Lei.

«Η νέα λειτουργία που επιτυγχάνεται στην αρχιτεκτονική του αισθητήρα εικόνας μας εξαρτάται από την ταχεία πρόοδο των van der Waals ημιαγωγών τα τελευταία χρόνια», λέει ο Li. «Συγκρινόμενοι με τους συμβατικούς ημιαγωγούς, όπως το πυρίτιο, μπορούμε να ελέγξουμε με ακρίβεια τη δομή ζώνης, το πάχος και άλλες κρίσιμες παραμέτρους των υλικών van der Waals για να ανιχνεύσουμε τα χρώματα κόκκινο, πράσινο και μπλε».

Οι ημιαγωγοί van der Waals, οι οποίοι βασίζονται σε κατακόρυφους αισθητήρες χρωμάτων, ανήκουν σε μια νέα κατηγορία υλικών στα οποία τα ατομικά στρώματα είναι συνδεδεμένα με ασθενείς δυνάμεις van der Waals. Είναι κρίσιμοι για την ανακάλυψη νέας φυσικής και το σχεδιασμό της επόμενης γενιάς συσκευών.

«Το εξαιρετικά μικρό πάχος και η μηχανική και χημική σταθερότητα αυτών των νέων ημιαγωγών υλικών μας επιτρέπουν να τα στοιβάζουμε σε αυθαίρετες διατάξεις. Έτσι, εισαγάγουμε μια στρατηγική τριδιάστατης ενοποίησης, σε αντίθεση με την τρέχουσα επίπεδη διάταξη της μικροηλεκτρονικής. Η υψηλότερη πυκνότητα ενοποίησης είναι ο κύριος λόγος για τον οποίο η αρχιτεκτονική της συσκευής μας μπορεί να επιταχύνει την σμίκρυνση των καμερών», λέει ο Li.

Τεχνολογία με εκκρεμή αίτηση διπλώματος ευρεσιτεχνίας

Αυτή η νέα τεχνολογία έχει εκκρεμή αίτηση διπλώματος ευρεσιτεχνίας στο Γραφείο Τεχνολογικής Μεταφοράς και Εμπορευματοποίησης (OTTC) του Πολιτειακού Πανεπιστημίου της Τζόρτζια.

Ο Cliff Michaels είναι ο διευθυντής του OTTC.

«Όσο η νανοτεχνολογία προχωρά και οι συσκευές γίνονται πιο συμπαγείς, αυτοί οι μικρότεροι, υψηλής ευαισθησίας αισθητήρες χρωμάτων θα είναι απίστευτα χρήσιμοι», λέει ο Michaels.

Σύμφωνα με τους ερευνητές, η νέα ανακάλυψη μπορεί να βοηθήσει στην πρόοδο των συσκευών για τους ανθρώπους με προβλήματα όρασης.

«Αυτή η τεχνολογία είναι κρίσιμη για την ανάπτυξη βιομιμητικών ηλεκτρονικών ματιών και άλλων νευρομορφικών προθετικών συσκευών», λέει ο Li. «Η υψηλής ποιότητας ανίχνευση χρωμάτων και αναγνώριση εικόνας μπορεί να φέρει νέες δυνατότητες αντίληψης χρωματιστών αντικειμένων για τους ανθρώπους με προβλήματα όρασης στο μέλλον».

«Αυτό είναι ένα μεγάλο βήμα προς τα εμπρός, αλλά ακόμη αντιμετωπίζουμε επιστημονικές και τεχνικές προκλήσεις, για παράδειγμα, την ενοποίηση σε κλίμακα δισκίου ημιαγωγού. Οι εμπορικοί αισθητήρες εικόνας μπορούν να ενοποιήσουν εκατομμύρια pixel για να παραχθούν υψηλής ανάλυσης εικόνες, αλλά αυτό δεν έχει εφαρμοστεί ακόμη στο πρωτότυπό μας», συνεχίζει. «Αυτή η ενοποίηση μεγάλης κλίμακας των ημιαγωγών van der Waals είναι επί του παρόντος μια κρίσιμη πρόκληση που πρέπει να ξεπεραστεί από ολόκληρη την ερευνητική κοινότητα. Μαζί με τους εθνικούς συνεργάτες μας, εκεί είναι που η ομάδα μας αφιερώνει τις προσπάθειές της».