Tutkijat suunnittelivat keinotekoisen näkölaitteen

Georgian osavaltion yliopiston tutkijat ovat onnistuneesti kehittäneet keinotekoisen näkölaitteen, josta voisi kehittyä “sähköinen silmä”. Uudessa laitteessa on uudenlainen pystykerroksinen arkkitehtuuri, joka mahdollistaa syvemmän värin tunnistamisen ja skaalautuvuuden mikrotasolla.

Uusi tutkimus on julkaistu ACS Nano -lehdessä.

Tulevaisuuden mikroskaalaiset kamerat mikroroboteille

Sidong Lei on fysiikan apulaisprofessori ja tutkimuksen pääkirjoittaja.

“Tämä työ on ensimmäinen askel kohti lopullista päämääräämme – kehittää mikroskaalainen kamera mikroroboteille”, Lei sanoo. “Me osoitamme periaatteen ja mahdollisuuden rakentaa tällainen uudenlainen kuvantunnistin, jonka painopiste on pienentämisessä.”

Lein tiimin suorittama työ voi johtaa biomimeettiseen keinotekoiseen näkölaitteeseen, joka käyttää synteettisiä menetelmiä biokemiallisten prosessien jäljittelyyn. Tämä voidaan saavuttaa nanoteknologian avulla.

“On hyvin tiedostettu, että yli 80 prosenttia tietoa kerätään näön kautta tutkimuksessa, teollisuudessa, lääketieteessä ja arkielämässä”, hän jatkaa. “Tutkimuksen lopullinen tavoite on kehittää mikroskaalainen kamera mikroroboteille, jotka voivat päästä kapeisiin tiloihin, joissa nykyiset keinot eivät pysty, ja avata uusia mahdollisuuksia lääketieteellisessä diagnosoinnissa, ympäristötutkimuksessa, valmistuksessa, arkeologiassa ja muissa sovelluksissa.”

Biometriset “sähköiset silmät”

Tämä uusi biometrinen “sähköinen silmä” edistää värin tunnistamista, joka on kriittisin näön funktio. Tämä on erittäin tärkeää, koska perinteiset värisensorit yleensä vievät paljon fyysistä tilaa ja tarjoavat vähemmän tarkkaa värien tunnistamista.

Ningxin Li on jatko-opiskelija tohtori Lein Functional Materials Studio -tutkimusryhmässä.

“Uusi toiminnallisuus, jonka saavutamme kuvantunnistimemme arkkitehtuurissa, riippuu nopeasta edistymisestä van der Waalsin puolijohteiden kehityksessä viime vuosina”, Li sanoo. “Perinteisiin puolijohteisiin, kuten piihin, verrattuna voimme tarkasti säätää van der Waalsin materiaalin vyörakennetta, paksuutta ja muita kriittisiä parametreja punaisen, vihreän ja sinisen värin tunnistamiseksi.”

Van der Waalsin puolijohteet, jotka perustuvat pystyvärisensoreihin, kuuluvat uuteen materiaaliluokkaan, jossa yksittäiset atomikerrokset ovat sitoutuneet heikoilla van der Waalsin voimilla. Ne ovat kriittisiä uuden fysiikan löytämisessä ja seuraavan sukupolven laitteiden suunnittelussa.

“Näiden uusien puolijohdemateriaalien äärimmäinen ohuus sekä mekaaninen ja kemiallinen vakaus mahdollistaa niiden pinottamisen mielivaltaisessa järjestyksessä. Niinpä esittelemme todellisuudessa kolmiulotteisen integrointistrategian nykyisen tasaisten mikroelektroniikka-asennusten sijaan. Korkeampi integrointitiheys on pääsyy sille, miksi laitteen arkkitehtuurimme voi kiihdyttää kameroiden pienentymistä”, Li sanoo.

Patenttia odottava teknologia

Tämä uusi teknologia on patentoitavana Georgian osavaltion yliopiston Teknologian siirto- ja kaupallistamisvirastossa (OTTC).

Cliff Michaels on OTTC:n johtaja.

“Kun nanoteknologia edistyy ja laitteet tulevat kompaktimmiksi, nämä pienet, herkät värisensorit tulevat olemaan erittäin hyödyllisiä”, Michaels sanoo.

Tutkijoiden mukaan uusi löytö voi auttaa edistämään laitteita näkövammaisille.

“Tämä teknologia on kriittinen biomimeettisten sähköisten silmien ja muiden neuromorfisten proteesilaitteiden kehittämisessä”, Li sanoo. “Korkealaatuinen värien tunnistaminen ja kuvantunnistus voi tarjota uusia mahdollisuuksia värikkäiden esineiden havaitsemiseen tulevaisuudessa näkövammaisille.”

“Tämä on suuri askel eteenpäin, mutta meillä on edelleen tieteellisiä ja teknisiä haasteita edessä, kuten kiekkotason integrointi. Kaupalliset kuvantunnistimet voivat integroida miljoonia pikseleitä tarjotakseen korkealaatuisia kuvia, mutta tätä ei ole vielä toteutettu meidän prototyypissämme”, hän jatkaa. “Tämä suurten mittakaavojen van der Waalsin puolijohdemateriaalien integrointi on tällä hetkellä kriittinen haaste, jota koko tutkimusyhteisö pyrkii voittamaan. Yhdessä kansallisten yhteistyökumppaneidemme kanssa siinä on se, mihin tiimimme on omistautunut.”