Дослідники штату Пенсильванія створили новий пристрій, який створює зображення, імітуючи червоні, зелені та сині фоторецептори та нейронну мережу людського ока. За словами Кая Ванга, асистента професора Департаменту матеріалознавства та інженерії штату Пенсільванія, «ми запозичили дизайн у природи: наша сітківка ока містить конусоподібні клітини, чутливі до червоного, зеленого та синього світла, і нейронну мережу, яка починає обробляти те, що ми бачимо. ще до того, як інформація буде передана нашому мозку».
«Барвистий світ, який ми бачимо, є результатом цього природного процесу».
Щоб досягти цього в штучному пристрої, дослідники розробили новий масив датчиків, що складається з вузькосмугових перовскітних фотодетекторів, подібних до наших колбочок. Вони поєднали його з нейроморфним алгоритмом, схожим на нашу нейронну мережу, для обробки даних і створення високоточних зображень.
Фотодетектори необхідні для камер та багатьох інших оптичних пристроїв, оскільки вони перетворюють енергію світла в електричні імпульси. На думку дослідників, червоні, зелені та сині кольори, які утворюють видиме світло, є лише кількома прикладами областей світлового спектру, які можна сфокусувати за допомогою вузькосмугових фотодетекторів.
За словами Вана, у цій роботі ми розробили революційний метод створення перовскітного матеріалу, чутливого лише до однієї довжини хвилі світла. «Ми розробили три різні перовскітні матеріали, чутливі лише до червоної, зеленої та синьої довжин хвиль», — каже автор.
На думку експертів, ця технологія може стати способом уникнути використання фільтрів у сучасних камерах, які знижують роздільну здатність, збільшують витрати та ускладнюють виробничі процеси.
У камерах використовуються кремнієві фотодетектори, які поглинають світло, але не можуть розрізняти відтінки. Червоне, зелене та синє світло розділені зовнішнім фільтром, який пропускає лише один колір у кожну зону датчика світла та витрачає дві третини падаючого світла.
«Деяка інформація втрачається, коли світло фільтрується, але завдяки нашому дизайну цього можна уникнути. Тому ми вважаємо, що ця робота може представляти потенційний метод виявлення камери, який може допомогти досягти вищої просторової роздільної здатності.
За словами дослідників, нові пристрої генерують електроенергію, поглинаючи світло завдяки використанню перовскітних матеріалів, що потенційно відкриває шлях до технології безбатарейних камер.
За словами Луяо Чжена, дослідника з Пенсильванського університету, «структура пристрою схожа на сонячні елементи, які використовують світло для виробництва електроенергії». «Коли ви посвітите на нього, він вироблятиме струм. Нам не потрібно використовувати енергію, щоб зібрати цю інформацію зі світла, як це роблять наші очі.
В результаті цього дослідження можна досягти подальшого прогресу в біотехнології штучної сітківки. За словами дослідників, пристрої, засновані на цій техніці, одного разу можна буде використовувати для заміни пошкоджених або мертвих клітин в наших очах, щоб відновити зір.
Дослідники пишуть у журналі Science Advances, що відкриття відображають численні важливі досягнення в розробці перовскітних вузькосмугових пристроїв фотодетектування, від синтезу матеріалів до дизайну пристроїв і системних інновацій.
Перовскіти — це напівпровідники, які утворюють електронно-діркові пари, коли на них потрапляє світло. Електричні струми утворюються шляхом направлення цих електронів і дірок у протилежних напрямках.
У тонкоплівкових перовскітах цього дослідження дірки протікають крізь матеріал швидше, ніж електрони, які мають значну нестабільність у електронно-дірковому транспорті. Налаштувавши архітектуру або спосіб укладання шарів у нестабільних перовскітах, дослідники виявили, що вони можуть використовувати властивості, які дозволять матеріалам функціонувати як вузькосмугові фотодетектори.
Ці матеріали були використані для створення матриці датчиків, а проектор використовувався для освітлення зображення через апарат. Для обробки сигналу та реконструкції зображення дані з червоного, зеленого та синього шарів були введені в трипідрівневий нейроморфний алгоритм. Один тип обчислювальної технології, відомий як нейроморфні алгоритми, спрямований на імітацію роботи людського мозку.
Ван додав, що вони випробували різні методи обробки даних. «Ми спробували поєднати сигнали трьох кольорових шарів безпосередньо, але результат був не дуже чітким. Однак, коли ми застосовуємо цю нейроморфну обробку, зображення виглядає набагато більше схожим на оригінал.
Заявивши, що програма схожа на нейронну мережу, знайдену в людській сітківці, дослідники сказали, що їхні висновки можуть пролити нове світло на важливість цих нейронних мереж для зору.
За словами Вана, поєднавши наш пристрій і цей метод, ми можемо показати, що можливості нейронної мережі є вирішальними для візуальної обробки в людському оці.
Джерело: techxplore.com/news
Günceleme: 13/05/2023 21:58