Forskare utvecklar artificiell synenhet

Forskare vid Georgia State University har framgångsrikt utvecklat en typ av artificiell synenhet som kan leda till utvecklingen av en “elektrisk öga”. Den nya enheten använder en ny vertikal staplingsarkitektur som möjliggör större djup av färgigenkänning och skalbarhet på mikronivå.

Den nya forskningen publicerades i tidskriften ACS Nano.

Framtida mikroskala kameror för mikrobotar

Sidong Lei är biträdande professor i fysik och huvudförfattare till forskningen.

“Detta arbete är det första steget mot vårt slutliga mål – att utveckla en mikroskala kamera för mikrobotar”, säger Siding Lei. “Vi illustrerar den grundläggande principen och möjligheten att konstruera denna nya typ av bildsensor med fokus på miniatisering.”

Arbetet som utförts av Leis team kan leda till en biomimetisk artificiell synenhet som använder syntetiska metoder för att härma biokemiska processer. Det kan uppnås genom att använda nanoteknik.

“Det är välkänt att mer än 80 procent av informationen fångas upp av synen i forskning, industri, medicin och våra dagliga liv”, fortsätter han. “Det ultimata syftet med vår forskning är att utveckla en mikroskala kamera för mikrobotar som kan tränga in i trånga utrymmen som inte kan nås med nuvarande medel, och öppna upp nya horisonter inom medicinsk diagnos, miljöstudier, tillverkning, arkeologi och mer.”

Biometrisk “elektrisk öga”

Denna nya biometiska “elektriska öga” förbättrar färgigenkänning, som är den viktigaste synfunktionen. Detta är extremt viktigt med tanke på att konventionella färgsensorer vanligtvis tar upp en stor mängd fysiskt utrymme medan de erbjuder mindre exakt färgdetektering.

Ningxin Li är en doktorand i Dr. Leis Funktionella Material Studio.

“Den nya funktionen som uppnåtts i vår bildsensorarkitektur beror på den snabba utvecklingen av van der Waals-halvledare under de senaste åren”, säger Li. “Jämfört med konventionella halvledare, som kisel, kan vi exakt kontrollera van der Waals-materialets bandstruktur, tjocklek och andra viktiga parametrar för att upptäcka röda, gröna och blå färger.”

Van der Waals-halvledarna, som förlitar sig på vertikala färgsensorer, tillhör en ny klass av material där enskilda atomlager är bundna av svaga van der Waals-krafter. De är avgörande för att upptäcka ny fysik och designa nästa generations enheter.

“Den ultra-tunna, mekaniska och kemiska stabiliteten hos dessa nya halvledarmaterial gör att vi kan stapla dem i godtyckliga ordningar. Så, vi introducerar faktiskt en tredimensionell integreringsstrategi i kontrast till den nuvarande plana mikroelektroniklayouten. Den högre integreringsdensiteten är den främsta anledningen till att vår enhetsarkitektur kan accelerera nedskalningen av kameror”, säger Li.

Pågående patentansökan

Denna nya teknologi är pågående patentansökan med Georgia States Office of Technology Transfer & Commercialization (OTTC).

Cliff Michaels är chef för OTTC.

“När nanotekniken utvecklas och enheterna blir mer kompakta, kommer dessa mindre, högkänsliga färgsensorer att vara otroligt användbara”, säger Michaels.

Enligt forskarna kan den nya upptäckten hjälpa till att utveckla enheter för synskadade.

“Denna teknik är avgörande för utvecklingen av biomimetiska elektroniska ögon och andra neuromorfiska proteser”, säger Li. “Högkvalitativ färgigenkänning och bildigenkänning kan bringa nya möjligheter för färgperception för synskadade i framtiden.”

“Detta är ett stort steg framåt, men vi står fortfarande inför vetenskapliga och tekniska utmaningar, till exempel wafer-skaleintegration. Kommersiella bildsensorer kan integrera miljontals pixlar för att leverera högupplösta bilder, men detta har inte implementerats i vår prototyp ännu”, fortsätter han. “Denna storskaliga van der Waals-halvledarens enhetsintegration är för närvarande en kritisk utmaning som måste övervinnas av hela forskarsamhället. Tillsammans med våra nationella samarbetspartner är det där vårt team lägger ner sina ansträngningar.”