Scienziati progettano un dispositivo di visione artificiale

Gli scienziati dell’Università statale della Georgia hanno sviluppato con successo un tipo di dispositivo di visione artificiale che potrebbe portare allo sviluppo di un “occhio elettrico”. Il nuovo dispositivo incorpora una novità architettonica di impilamento verticale che consente una maggiore profondità di riconoscimento dei colori e una scalabilità a livello micro.

La nuova ricerca è stata pubblicata sulla rivista ACS Nano.

Telecamere microscala per microrobot eventuali

Sidong Lei è un assistente di fisica e autore principale della ricerca.

“Questo lavoro è il primo passo verso la nostra destinazione finale: sviluppare una telecamera microscala per microrobot,” ha detto Siding Lei. “Illustriamo il principio fondamentale e la fattibilità di costruire questo nuovo tipo di sensore di immagine con enfasi sulla miniaturizzazione.”

Il lavoro completato dal team di Lei potrebbe portare a un dispositivo di visione artificiale biomimetico che utilizza metodi sintetici per mimare processi biochimici. Ciò potrebbe essere realizzato utilizzando la nanotecnologia.

“È noto che più dell’80% delle informazioni viene catturato dalla vista nella ricerca, nell’industria, nella medicina e nella nostra vita quotidiana,” continua. “L’obiettivo finale della nostra ricerca è sviluppare una telecamera microscala per microrobot che possa entrare in spazi stretti che non sono accessibili con i mezzi attuali e aprire nuori orizzonti nella diagnosi medica, nello studio ambientale, nella produzione, nell’archeologia e in molti altri campi.”

“Occhio elettrico” biomimetico

Questo nuovo “occhio elettrico” biomimetico migliora il riconoscimento dei colori, che è la funzione di visione più critica. Ciò è estremamente importante, considerando che i sensori di colore convenzionali di solito occupano una grande quantità di spazio fisico e offrono una rilevazione dei colori meno precisa.

Ningxin Li è uno studente di dottorato nello studio di materiali funzionali del Dr. Lei.

“La nuova funzionalità raggiunta nella nostra architettura del sensore di immagine dipende dal rapido progresso dei semiconduttori di van der Waals negli ultimi anni,” dice Li. “In confronto con i semiconduttori convenzionali, come il silicio, possiamo controllare con precisione la struttura a bande, lo spessore e altri parametri cruciali del materiale di van der Waals per rilevare i colori rosso, verde e blu.”

I semiconduttori di van der Waals, che si basano su sensori di colore verticali, appartengono a una nuova classe di materiali in cui gli strati atomici individuali sono legati da deboli forze di van der Waals. Sono cruciali per la scoperta di nuova fisica e la progettazione di dispositivi di prossima generazione.

“L’ultra-sottigliezza, la stabilità meccanica e chimica di questi nuovi materiali semiconduttori ci consentono di impilarli in ordini arbitrari. Quindi, stiamo introducendo una strategia di integrazione tridimensionale in contrasto con la disposizione planare degli elettronici attuali. La maggiore densità di integrazione è il principale motivo per cui la nostra architettura del dispositivo può accelerare la riduzione delle dimensioni delle telecamere,” dice Li.

Tecnologia in attesa di brevetto

Questa nuova tecnologia è in attesa di brevetto presso l’Ufficio per il trasferimento e la commercializzazione della tecnologia (OTTC) dell’Università statale della Georgia.

Cliff Michaels è il direttore dell’OTTC.

“Man mano che la nanotecnologia avanza e i dispositivi diventano più compatti, questi sensori di colore più piccoli e più sensibili saranno incredibilmente utili,” ha detto Michaels.

Secondo i ricercatori, la nuova scoperta potrebbe aiutare a sviluppare dispositivi per i non vedenti.

“Questa tecnologia è cruciale per lo sviluppo di occhi elettronici biomimetici e altri dispositivi prostetici neuromorfici,” dice Li. “Una funzione di riconoscimento di immagini e sensibilità ai colori di alta qualità potrebbe portare nuove possibilità di percezione di oggetti colorati per i non vedenti nel futuro.”

“Questo è un grande passo avanti, ma stiamo ancora affrontando sfide scientifiche e tecniche, ad esempio l’integrazione su larga scala. I sensori di immagine commerciali possono integrare milioni di pixel per fornire immagini ad alta definizione, ma ciò non è stato ancora implementato nel nostro prototipo,” continua. “L’integrazione del dispositivo semiconduttore di van der Waals su larga scala è attualmente una sfida critica da superare per l’intera società di ricerca. Insieme ai nostri collaboratori a livello nazionale, è lì che il nostro team sta dedicando i nostri sforzi.”