Các nhà khoa học thiết kế thiết bị thị giác nhân tạo

Các nhà khoa học tại Đại học bang Georgia đã thành công trong việc phát triển một loại thiết bị thị giác nhân tạo có thể dẫn đến sự phát triển của một “mắt điện”. Thiết bị mới này kết hợp một kiến trúc xếp chồng dọc mới cho phép nhận ra màu sắc với độ sâu hơn và khả năng mở rộng trên mức vi mô.

Nghiên cứu mới này đã được công bố trên tạp chí ACS Nano.

Machine ảnh vi mô trong tương lai cho các robot vi mô

Sidong Lei là giáo sư trợ lý vật lý và là tác giả chính của nghiên cứu.

“Công việc này là bước đầu tiên hướng tới đích cuối cùng của chúng tôi – phát triển một máy ảnh vi mô cho các robot vi mô,” Siding Lei nói. “Chúng tôi minh họa nguyên tắc cơ bản và tính khả thi để xây dựng loại cảm biến hình ảnh mới này với sự nhấn mạnh vào việc thu nhỏ.”

Công việc hoàn thành bởi nhóm của Lei có thể dẫn đến một thiết bị thị giác nhân tạo sinh học sử dụng các phương pháp tổng hợp để mô phỏng các quá trình sinh hóa. Nó có thể đạt được điều này bằng cách sử dụng công nghệ nano.

“Điều đã biết là hơn 80 phần trăm thông tin được thu thập bởi thị giác trong nghiên cứu, công nghiệp, y tế và cuộc sống hàng ngày,” ông tiếp tục. “Mục đích cuối cùng của nghiên cứu của chúng tôi là phát triển một máy ảnh vi mô cho các robot vi mô có thể vào các không gian hẹp mà không thể tiếp cận được bằng các phương tiện hiện tại và mở ra những chân trời mới trong chẩn đoán y tế, nghiên cứu môi trường, sản xuất, khảo cổ và nhiều hơn.”

“Mắt điện” sinh học

Thiết bị “mắt điện” sinh học mới này nâng cao khả năng nhận ra màu sắc, là chức năng thị giác quan trọng nhất. Điều này cực kỳ quan trọng vì các cảm biến màu thông thường thường chiếm một lượng không gian vật lý lớn trong khi cung cấp khả năng phát hiện màu ít chính xác hơn.

Ningxin Li là một sinh viên sau đại học trong Phòng thí nghiệm Vật liệu chức năng của Tiến sĩ Lei.

“Tính năng mới đạt được trong kiến trúc cảm biến hình ảnh của chúng tôi đều phụ thuộc vào sự tiến bộ nhanh chóng của các chất bán dẫn van der Waals trong những năm gần đây,” Li nói. “So với các chất bán dẫn thông thường, chẳng hạn như silicon, chúng tôi có thể kiểm soát chính xác cấu trúc băng, độ dày và các tham số quan trọng khác của vật liệu van der Waals để cảm nhận màu đỏ, xanh lá cây và xanh da trời.”

Các chất bán dẫn van der Waals, phụ thuộc vào cảm biến màu dọc, thuộc về một lớp vật liệu mới trong đó các lớp nguyên tử riêng lẻ được liên kết bởi các lực van der Waals yếu. Chúng rất quan trọng để khám phá vật lý mới và thiết kế các thiết bị thế hệ tiếp theo.

“Sự mỏng cực kỳ, cơ học và ổn định hóa học của các vật liệu bán dẫn mới này cho phép chúng tôi xếp chồng chúng theo các thứ tự tùy ý. Vì vậy, chúng tôi thực sự đang giới thiệu một chiến lược tích hợp ba chiều so với bố cục điện tử vi mô hiện tại. Mật độ tích hợp cao hơn là lý do chính tại sao kiến trúc thiết bị của chúng tôi có thể tăng tốc quá trình thu nhỏ của máy ảnh,” Li nói.

Công nghệ đang chờ cấp bằng sáng chế

Công nghệ mới này đang chờ cấp bằng sáng chế tại Văn phòng Chuyển giao và Thương mại hóa Công nghệ (OTTC) của bang Georgia.

Cliff Michaels là giám đốc của OTTC.

“Khi công nghệ nano tiến bộ và các thiết bị trở nên nhỏ hơn, các cảm biến màu nhỏ, nhạy này sẽ rất hữu ích,” Michaels nói.

Theo các nhà nghiên cứu, phát hiện mới này có thể giúp thúc đẩy các thiết bị cho người khiếm thị.

“Công nghệ này rất quan trọng cho sự phát triển của mắt điện tử sinh học và các thiết bị giả thần kinh khác,” Li nói. “Chức năng cảm nhận màu và nhận dạng hình ảnh chất lượng cao có thể mang lại những khả năng mới về nhận thức vật thể màu sắc cho người khiếm thị trong tương lai.”

“Đây là một bước tiến lớn, nhưng chúng tôi vẫn đang phải đối mặt với những thách thức khoa học và kỹ thuật phía trước, ví dụ như tích hợp trên quy mô wafer. Các cảm biến hình ảnh thương mại có thể tích hợp hàng triệu pixel để cung cấp hình ảnh độ phân giải cao, nhưng điều này vẫn chưa được thực hiện trong nguyên mẫu của chúng tôi,” ông tiếp tục. “Tích hợp thiết bị bán dẫn van der Waals trên quy mô lớn hiện là một thách thức quan trọng cần được vượt qua bởi toàn bộ xã hội nghiên cứu. Cùng với các cộng tác viên trên toàn quốc, đó là nơi đội ngũ của chúng tôi đang nỗ lực.”