นักวิทยาศาสตร์ออกแบบอุปกรณ์มองเห็นเทียม

นักวิทยาศาสตร์จากมหาวิทยาลัยรัฐจอร์เจียได้พัฒนาอุปกรณ์มองเห็นเทียมชนิดหนึ่งที่สามารถนำไปสู่การสร้าง “ดวงตาอิเล็กทริก” ได้ อุปกรณ์ใหม่นี้มีการออกแบบโครงสร้างแนวตั้งที่เป็นนวัตกรรมใหม่ ซึ่งช่วยให้สามารถรับรู้สีสันลึกและขยายขนาดได้ในระดับไมโคร

การวิจัยใหม่นี้ได้รับการตีพิมพ์ในวารสาร ACS Nano.

กล้องขนาดเล็กสำหรับหุ่นยนต์ขนาดเล็กในอนาคต

Sidong Lei เป็นผู้ช่วยศาสตราจารย์สาขาฟิสิกส์และเป็นผู้เขียนหลักของการวิจัย

“งานนี้เป็นขั้นตอนแรกในการสร้างกล้องขนาดเล็กสำหรับหุ่นยนต์ขนาดเล็ก” Siding Lei กล่าว “เราอธิบายหลักการและความเป็นไปได้ในการสร้างเซ็นเซอร์ภาพชนิดใหม่นี้ โดยเน้นไปที่การย่อขนาด”

งานที่ทีมของ Lei ทำเสร็จอาจนำไปสู่การสร้างอุปกรณ์มองเห็นเทียมที่ใช้วิธีการสังเคราะห์ในการเลียนแบบกระบวนการทางชีวเคมี โดยใช้เทคโนโลยีนาโน

“เป็นที่รู้กันว่ามากกว่า 80% ของข้อมูลถูกจับได้ด้วยการมองเห็นในการวิจัย อุตสาหกรรม การแพทย์ และชีวิตประจำวัน” เขายังคงกล่าว “จุดประสงค์สูงสุดของการวิจัยของเราคือการสร้างกล้องขนาดเล็กสำหรับหุ่นยนต์ขนาดเล็กที่สามารถเข้าไปในพื้นที่ที่ไม่สามารถเข้าถึงได้ด้วยวิธีการปัจจุบัน และเปิดโอกาสใหม่ๆ ในการวินิจฉัยทางการแพทย์ การศึกษาสิ่งแวดล้อม การผลิต โบราณคดี และอื่นๆ”

ดวงตาอิเล็กทริก “ไบโอเมตริก”

ดวงตาอิเล็กทริก “ไบโอเมตริก” ใหม่นี้มีการปรับปรุงการรับรู้สีสัน ซึ่งเป็นหน้าที่การมองเห็นที่สำคัญที่สุด นี่เป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่ง เนื่องจากเซ็นเซอร์สีสันแบบเดิมๆ มักจะใช้พื้นที่มากและให้การตรวจจับสีสันที่ไม่แม่นยำ

Ningxin Li เป็นนักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาในห้องปฏิบัติการวัสดุฟังก์ชันของ Dr. Lei

“การทำงานใหม่ที่เราได้รับในโครงสร้างเซ็นเซอร์ภาพของเรานั้นขึ้นอยู่กับการพัฒนาอย่างรวดเร็วของวัสดุเซมิคอนดักเตอร์แบบ van der Waals ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา” Li กล่าว “เมื่อเทียบกับเซมิคอนดักเตอร์แบบเดิม เช่น ซิลิกอน เราสามารถควบคุมโครงสร้างแบนด์ ความหนา และพารามิเตอร์ที่สำคัญอื่นๆ ของวัสดุ van der Waals ได้อย่างแม่นยำ เพื่อตรวจจับสีสันแดง สีเขียว และสีน้ำเงิน”

วัสดุเซมิคอนดักเตอร์แบบ van der Waals ซึ่งพึ่งพาเซ็นเซอร์สีสันแนวตั้ง เป็นชั้นใหม่ของวัสดุ โดยที่ชั้นอะตอมแต่ละชั้นถูกผูกกันด้วยแรง van der Waals ที่อ่อน ซึ่งจำเป็นสำหรับการค้นพบฟิสิกส์ใหม่และออกแบบอุปกรณ์ระดับถัดไป

“ความบาง ความแข็งแรงทางกล และความเสถียรทางเคมีของวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ใหม่เหล่านี้ทำให้เราสามารถ ซ้อนชั้นได้ในลำดับใดๆ ดังนั้น เราจึงแนะนำกลยุทธ์การรวมสามมิติ ซึ่งตรงกันข้ามกับการจัดวางไมโครอิเล็กทรอนิกส์แบบระนาบในปัจจุบัน ความหนาแน่นการรวมที่สูงขึ้นเป็นสาเหตุหลักที่ทำให้โครงสร้างอุปกรณ์ของเราสามารถเร่งการลดขนาดของกล้องได้” Li กล่าว

เทคโนโลยีที่อยู่ระหว่างการยื่นขอสิทธิบัตร

เทคโนโลยีใหม่นี้อยู่ระหว่างการขออนุญาตสิทธิบัตรที่สำนักงานการถ่ายโอนและพาณิชย์เทคโนโลยี (OTTC) ของมหาวิทยาลัยรัฐจอร์เจีย

Cliff Michaels เป็นผู้อำนวยการ OTTC

“เมื่อเทคโนโลยีนาโนก้าวหน้าและอุปกรณ์กลายเป็นขนาดเล็กขึ้น เซ็นเซอร์สีสันที่เล็กและไวต่อการตรวจจับนี้จะน่าสนใจมาก” Michaels กล่าว

ตามคำกล่าวของนักวิจัย การค้นพบใหม่นี้อาจช่วยให้อุปกรณ์สำหรับผู้ที่มีปัญหาการมองเห็นก้าวหน้าขึ้น

“เทคโนโลยีนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับการพัฒนาดวงตาอิเล็กทรอนิกส์เลียนแบบชีวภาพและอุปกรณ์เทียมแบบเลียนแบบระบบประสาทอื่นๆ” Li กล่าว “การตรวจจับสีสันและรับรู้ภาพที่มีคุณภาพสูงอาจนำมาซึ่งความเป็นไปได้ใหม่ๆ สำหรับการรับรู้วัตถุที่มีสีสำหรับผู้ที่มีปัญหาการมองเห็นในอนาคต”

“นี่เป็นก้าวหน้าครั้งสำคัญ แต่เรายังเผชิญความท้าทายทางวิทยาศาสตร์และเทคนิค เช่น การรวมอุปกรณ์ในระดับเวเฟอร์” เขายังคงกล่าว “เซ็นเซอร์ภาพเชิงพาณิชย์สามารถรวมภาพหลายล้านพิกเซลเพื่อให้ภาพที่มีคุณภาพสูง แต่นี่ยังไม่ได้ถูกนำไปใช้ในต้นแบบของเรา” เขายังคงกล่าว “การรวมอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์แบบ van der Waals ในระดับใหญ่ในปัจจุบันเป็นความท้าทายที่สำคัญที่สังคมการวิจัยทั้งหมดต้องเอาชนะ ร่วมกับหุ้นส่วนระดับชาติของเรา ที่ที่ทีมของเรากำลังอุทิศความพยายาม”