Forskere designerer kunstig synsapparat

Forskere ved Georgia State University har utviklet en type kunstig synsapparat som kan føre til utviklingen av en “elektrisk øye”. Den nye enheten inneholder en ny vertikal stakkingarkitektur som muliggjør større dybde av fargegjenkjenning og skalerbarhet på mikronivå.

Den nye forskningen ble publisert i tidsskriftet ACS Nano.

Eventuelle mikroskala kameraer for mikroboter

Sidong Lei er en assistentprofessor i fysikk og hovedforfatter av forskningen.

“Dette arbeidet er det første skrittet mot vårt endelige mål – å utvikle en mikroskala kamera for mikroboter,” sier Siding Lei. “Vi illustrerer den grunnleggende prinsippet og muligheten til å konstruere denne nye typen bilde sensor med fokus på miniaturisering.”

Arbeidet som er gjort av Leis team kan føre til en biomimetisk kunstig synsapparat som bruker syntetiske metoder til å etterligne biokjemiske prosesser. Dette kan oppnås ved å bruke nanoteknologi.

“Det er velkendt at over 80 prosent av informasjonen blir fanget av syn i forskning, industri, medisin og vårt daglige liv,” fortsetter han. “Det ultimate målet med vår forskning er å utvikle en mikroskala kamera for mikroboter som kan gå inn i smale rom som er utilgjengelige med nåværende midler, og åpne opp nye horisonter i medisinsk diagnose, miljøstudier, produksjon, arkeologi og mer.”

Biometrisk “elektrisk øye”

Denne nye biometriske “elektriske øye” fremmer fargegjenkjenning, som er den viktigste synsfunksjonen. Dette er ekstremt viktig gitt hvordan konvensjonelle fargesensorer vanligvis tar opp mye fysisk plass mens de tilbyr mindre nøyaktig fargedeteksjon.

Ningxin Li er en masterstudent i Dr. Leis Funksjonelle Materialer Studio.

“Den nye funksjonaliteten som er oppnådd i vår bilde sensor arkitektur avhenger av den raske fremgangen av van der Waals halvledere i de siste årene,” sier Li. “I sammenligning med konvensjonelle halvledere, som silisium, kan vi nøyaktig kontrollere van der Waals materialets båndstruktur, tykkelse og andre kritiske parametre for å gjenkjenne røde, grønne og blå farger.”

Van der Waals halvlederne, som avhenger av vertikale fargesensorer, tilhører en ny klasse av materialer hvor enkelt atomlag er bundet sammen av svake van der Waals krefter. De er avgjørende for å oppdage ny fysikk og designe neste generasjons enheter.

“Den ultra-tynne, mekaniske og kjemiske stabiliteten av disse nye halvledermaterialene tillater oss å stable dem i vilkårlige rekkefølger. Så, vi introduserer en tredimensjonal integreringsstrategi i motsetning til den nåværende planare mikroelektroniske layouten. Den høyere integrerings tettheten er den viktigste grunnen til at vår enhetsarkitektur kan akselerere nedskaleringen av kameraer,” sier Li.

Påventende patent teknologi

Denne nye teknologien er påventende patent med Georgia States Office of Technology Transfer & Commercialization (OTTC).

Cliff Michaels er direktør for OTTC.

“Ettersom nanoteknologien fremmer og enhetene blir mer kompakte, vil disse mindre, høysensitive fargesensorer være usedvanlig nyttige,” sier Michaels.

Ifølge forskerne kan den nye oppdagelsen hjelpe med å fremme enheter for synshemmede.

“Denne teknologien er avgjørende for utviklingen av biomimetiske elektroniske øyne og andre neuromorfe proteser,” sier Li. “Høykvalitets fargesensing og bildegjenkjenning kan bringe nye muligheter for fargesansning for synshemmede i fremtiden.”

“Dette er et stort skritt fremover, men vi står fortsatt overfor vitenskapelige og tekniske utfordringer, for eksempel, wafer-skala integrasjon. Kommersielle bilde sensorer kan integrere millioner av piksler for å levere høydefinisjons bilder, men dette har ikke blitt implementert i vår prototype ennå,” fortsetter han. “Denne stor-skala van der Waals halvleder enhetsintegreringen er for tiden en kritisk utfordring som må overvindes av hele forskningssamfunnet. Sammen med våre landsomfattende samarbeidspartnere er det der vårt team er viet våre anstrengelser.”