Penyelidik Penn State telah mencipta peranti baharu yang menghasilkan imej dengan meniru fotoreseptor merah, hijau dan biru serta rangkaian saraf yang terdapat di dalam mata manusia. Menurut Kai Wang, penolong profesor penyelidikan di Jabatan Sains dan Kejuruteraan Bahan Penn State, "kami meminjam reka bentuk dari alam semula jadi-retina kami mengandungi sel kon yang sensitif kepada cahaya merah, hijau dan biru serta rangkaian saraf yang mula memproses apa yang kami lihat. walaupun sebelum maklumat itu dihantar ke otak kita."
"Dunia berwarna-warni yang dapat kita lihat adalah hasil daripada proses semula jadi ini."
Untuk mencapai matlamat ini dalam peranti tiruan, para penyelidik membangunkan pelbagai penderia baharu yang terdiri daripada pengesan foto perovskit jalur sempit yang serupa dengan sel kon kami. Mereka menggabungkannya dengan algoritma neuromorfik yang serupa dengan rangkaian saraf kami untuk memproses data dan menghasilkan imej yang sangat tepat.
Pengesan foto adalah penting untuk kamera dan banyak peranti optik lain kerana ia menukar tenaga cahaya kepada denyutan elektrik. Menurut penyelidik, warna merah, hijau dan biru yang membentuk cahaya boleh dilihat hanyalah beberapa contoh kawasan spektrum cahaya yang boleh difokuskan menggunakan pengesan foto jalur sempit.
Menurut Wang, dalam kerja ini kami membangunkan kaedah revolusioner untuk mencipta bahan perovskit yang sensitif kepada hanya satu panjang gelombang cahaya. "Kami membangunkan tiga bahan perovskit berbeza yang sensitif hanya kepada panjang gelombang merah, hijau, atau biru, " kata penulis.
Menurut pakar, teknologi ini boleh menjadi cara untuk mengelakkan penggunaan penapis dalam kamera moden yang mengurangkan resolusi, meningkatkan kos dan merumitkan proses pengeluaran.
Kamera menggunakan pengesan foto silikon yang menyerap cahaya tetapi tidak dapat membezakan antara warna. Cahaya merah, hijau dan biru dipisahkan oleh penapis luaran yang hanya membenarkan satu warna memasuki setiap kawasan penderia cahaya dan membazirkan dua pertiga daripada cahaya kejadian.
“Sesetengah maklumat hilang apabila lampu ditapis, tetapi dengan reka bentuk kami ini boleh dielakkan. Oleh itu, kami berpendapat bahawa kerja ini mungkin mewakili kaedah pengesanan kamera yang berpotensi yang boleh membantu mencapai resolusi spatial yang lebih tinggi.
Menurut penyelidik, peranti baharu itu menjana kuasa sambil menyerap cahaya kerana penggunaan bahan perovskit, yang berpotensi membuka jalan kepada teknologi kamera tanpa bateri.
Menurut Luyao Zheng, seorang penyelidik pasca doktoral di Penn State, "struktur peranti adalah serupa dengan sel solar yang menggunakan cahaya untuk menjana elektrik." “Apabila anda menyuluh lampu padanya, ia akan menghasilkan arus. Kita tidak perlu menggunakan tenaga untuk mengumpulkan maklumat ini daripada cahaya, sama seperti mata kita.
Hasil daripada penyelidikan ini, kemajuan selanjutnya boleh dibuat dalam bioteknologi retina tiruan. Menurut penyelidik, peranti berdasarkan teknik ini suatu hari nanti boleh digunakan untuk menggantikan sel-sel yang rosak atau mati di mata kita untuk memulihkan penglihatan.
Para penyelidik menulis dalam jurnal Science Advances bahawa penemuan itu mencerminkan pelbagai kemajuan penting dalam pembangunan peranti pengesan foto jalur sempit perovskite, daripada sintesis bahan kepada reka bentuk peranti dan inovasi sistem.
Perovskit adalah semikonduktor yang menghasilkan pasangan lubang elektron apabila cahaya mengenainya. Arus elektrik dihasilkan dengan menghantar elektron dan lubang ini ke arah yang bertentangan.
Dalam perovskit filem nipis kajian ini, lubang mengalir melalui bahan lebih cepat daripada elektron, yang mempunyai ketidakstabilan yang ketara dalam pengangkutan lubang elektron. Dengan melaraskan seni bina, atau cara lapisan disusun, dalam perovskit yang tidak stabil, para penyelidik mendapati mereka boleh mengeksploitasi sifat yang membolehkan bahan berfungsi sebagai pengesan foto jalur sempit.
Bahan-bahan ini digunakan untuk membuat susunan sensor dan projektor digunakan untuk menerangi imej melalui radas. Untuk pemprosesan isyarat dan pembinaan semula imej, data daripada lapisan merah, hijau dan biru telah dimasukkan ke dalam algoritma neuromorfik tiga sub-lapisan. Satu jenis teknologi pengkomputeran yang dikenali sebagai algoritma neuromorfik bertujuan untuk meniru cara otak manusia berfungsi.
Wang menambah bahawa mereka telah mencuba pelbagai kaedah pemprosesan data. "Kami cuba menggabungkan tiga isyarat lapisan warna secara langsung, tetapi hasilnya tidak begitu jelas. Walau bagaimanapun, apabila kita menggunakan pemprosesan neuromorfik ini, imej kelihatan lebih seperti yang asal.
Menyatakan bahawa program itu serupa dengan rangkaian saraf yang terdapat dalam retina manusia, para penyelidik berkata penemuan mereka oleh itu mungkin memberi penerangan baharu tentang kepentingan rangkaian saraf ini untuk penglihatan.
Menurut Wang, dengan menggabungkan peranti kami dan kaedah ini, kami dapat menunjukkan bahawa keupayaan rangkaian saraf adalah penting dalam pemprosesan visual di mata manusia.
Sumber: techxplore.com/news
Günceleme: 13/05/2023 21:58