Naukowcy zaprojektowali sztuczne urządzenie wzrokowe

Naukowcy z Georgia State University opracowali udane sztuczne urządzenie wzrokowe, które może doprowadzić do rozwoju „elektrycznego oka”. Nowe urządzenie wykorzystuje nową architekturę warstwową, która umożliwia lepsze rozpoznanie kolorów i skalowalność na poziomie mikroskopowym.

Nowe badania zostały opublikowane w czasopiśmie ACS Nano.

Przyszłe kamery mikroskopowe dla mikrobotów

Sidong Lei jest adiunktem fizyki i głównym autorem badań.

„To pierwszy krok w kierunku naszego ostatecznego celu – opracowania kamery mikroskopowej dla mikrobotów”, powiedział Siding Lei. „Ilustrujemy podstawową zasadę i wykonalność budowy tego nowego typu czujnika obrazu z naciskiem na miniaturyzację”.

Praca zespołu Lei może doprowadzić do biomimetycznego sztucznego urządzenia wzrokowego, które wykorzystuje metody syntetyczne do naśladowania procesów biochemicznych. Może to osiągnąć za pomocą nanotechnologii.

„Wiadomo, że ponad 80 procent informacji jest przechwytywanych przez wzrok w badaniach, przemyśle, medycynie i naszym codziennym życiu”, kontynuuje. „Ostatecznym celem naszych badań jest opracowanie kamery mikroskopowej dla mikrobotów, które mogą wejść w wąskie przestrzenie, które są niedostępne dla obecnych środków, i otworzyć nowe horyzonty w diagnostyce medycznej, badaniach środowiskowych, produkcji, archeologii i innych dziedzinach”.

Biomimetyczne „elektryczne oko”

To nowe biomimetyczne „elektryczne oko” rozwija rozpoznanie kolorów, które jest najważniejszą funkcją wzroku. Jest to szczególnie ważne, biorąc pod uwagę, że konwencjonalne czujniki kolorów zwykle zajmują dużo miejsca, a jednocześnie oferują mniej dokładne rozpoznanie kolorów.

Ningxin Li jest studentem w studium materiałów funkcjonalnych dr. Lei.

„Nowa funkcjonalność uzyskana w naszej architekturze czujnika obrazu zależy od szybkiego postępu półprzewodników van der Waalsa w ostatnich latach”, mówi Li. „W porównaniu z konwencjonalnymi półprzewodnikami, takimi jak krzem, możemy dokładnie kontrolować strukturę pasma, grubość i inne kluczowe parametry materiału van der Waalsa, aby wykryć kolory czerwony, zielony i niebieski”.

Półprzewodniki van der Waalsa, które opierają się na czujnikach kolorów pionowych, należą do nowej klasy materiałów, w których pojedyncze warstwy atomowe są połączone słabymi siłami van der Waalsa. Są one kluczowe dla odkrywania nowej fizyki i projektowania urządzeń następnej generacji.

„Ultra cienkość, mechaniczna i chemiczna stabilność tych nowych materiałów półprzewodnikowych pozwala nam na ich stosowanie w dowolnej kolejności. Wprowadzamy więc strategię integracji trójwymiarowej, w przeciwieństwie do obecnej układanki planarnej mikroelektroniki. Wyższa gęstość integracji jest głównym powodem, dla którego nasza architektura urządzenia może przyspieszyć miniaturyzację kamer”, mówi Li.

Technologia oczekująca na patent

Ta nowa technologia oczekuje na patent w biurze Georgia State Office of Technology Transfer & Commercialization (OTTC).

Cliff Michaels jest dyrektorem OTTC.

„Podczas gdy nanotechnologia postępuje i urządzenia stają się coraz mniejsze, te mniejsze, wysoko czułe czujniki kolorów będą niezwykle przydatne”, powiedział Michaels.

Zdaniem badaczy nowe odkrycie może pomóc w rozwoju urządzeń dla osób z zaburzeniami wzroku.

„Ta technologia jest kluczowa dla rozwoju biomimetycznych sztucznych oczu i innych neuromorficznych protez. Funkcja rozpoznawania kolorów i obrazu może przynieść nowe możliwości percepcji przedmiotów kolorowych dla osób z zaburzeniami wzroku w przyszłości”, mówi Li.

„To jest wielki krok do przodu, ale nadal mamy przed sobą wyzwania naukowe i techniczne, na przykład integrację na dużą skalę. Komercyjne czujniki obrazu mogą integrować miliony pikseli, aby dostarczyć obrazy o wysokiej rozdzielczości, ale to jeszcze nie zostało zaimplementowane w naszym prototypie. To duża wyzwanie, które musi być pokonane przez całe społeczeństwo badawcze. Wraz z naszymi krajowymi współpracownikami tam jest nasz zespół, który będzie się starał pokonać to wyzwanie”.