Penn State'i teadlased on loonud uue seadme, mis toodab pilte, jäljendades inimsilmas leiduvaid punaseid, rohelisi ja siniseid fotoretseptoreid ning närvivõrku. Penn State'i materjaliteaduse ja inseneriteaduse osakonna abiprofessori Kai Wangi sõnul "laenasime disaini loodusest – meie võrkkestas on punase, rohelise ja sinise valguse suhtes tundlikud koonusrakud ning närvivõrk, mis hakkab nähtut töötlema. isegi enne, kui teave meie ajju edastatakse. ”
"Värviline maailm, mida näeme, on selle loomuliku protsessi tulemus."
Selle saavutamiseks kunstlikus seadmes töötasid teadlased välja uue andurite massiivi, mis koosnes kitsariba perovskiitfotodetektoritest, mis sarnanevad meie koonusrakkudega. Nad ühendasid selle meie närvivõrguga sarnase neuromorfse algoritmiga, et töödelda andmeid ja luua väga täpseid pilte.
Fotodetektorid on kaamerate ja paljude muude optiliste seadmete jaoks hädavajalikud, kuna need muudavad valgusenergia elektriimpulssideks. Teadlaste sõnul on nähtavat valgust moodustavad punased, rohelised ja sinised vaid mõned näited valgusspektri piirkondadest, mida saab kitsaribaliste fotodetektorite abil teravustada.
Wangi sõnul töötasime selles töös välja revolutsioonilise meetodi perovskiitmaterjali loomiseks, mis on tundlik ainult ühe valguse lainepikkuse suhtes. "Me töötasime välja kolm erinevat perovskiitmaterjali, mis on tundlikud ainult punase, rohelise või sinise lainepikkuste suhtes, " ütleb autor.
Ekspertide hinnangul võiks see tehnoloogia olla viis, kuidas vältida kaasaegsetes kaamerates filtrite kasutamist, mis vähendavad eraldusvõimet, suurendavad kulusid ja muudavad tootmisprotsesse keerulisemaks.
Kaamerad kasutavad ränist fotodetektoreid, mis neelavad valgust, kuid ei suuda eristada toone. Punane, roheline ja sinine valgus on eraldatud välise filtriga, mis võimaldab valgusanduri igasse piirkonda siseneda ainult ühel värvil ja raiskab kaks kolmandikku langevast valgusest.
“Valguse väljafiltreerimisel läheb osa informatsioonist kaotsi, kuid meie disainiga saab seda vältida. Seetõttu arvame, et see töö võib kujutada endast potentsiaalset kaamera tuvastamise meetodit, mis võib aidata saavutada suuremat ruumilist eraldusvõimet.
Teadlaste sõnul toodavad uued seadmed perovskiitmaterjalide kasutamise tõttu valgust neelates energiat, mis võib sillutada teed akuvaba kaameratehnoloogiale.
Penn State'i järeldoktorandi Luyao Zhengi sõnul on "seadme struktuur sarnane päikesepatareidega, mis kasutavad elektri tootmiseks valgust." "Kui valgustate sellele valgust, tekitab see voolu. Me ei pea kasutama energiat selle teabe kogumiseks valgusest, nagu seda teevad meie silmad.
Selle uurimistöö tulemusena on võimalik teha täiendavaid edusamme tehisvõrkkestade biotehnoloogias. Teadlaste sõnul saaks sellel tehnikal põhinevaid seadmeid ühel päeval kasutada meie silmade kahjustatud või surnud rakkude asendamiseks, et taastada nägemine.
Teadlased kirjutavad ajakirjas Science Advances, et avastused peegeldavad mitmeid olulisi edusamme perovskite kitsaribaliste fototuvastusseadmete väljatöötamisel, alates materjalide sünteesist kuni seadmete disaini ja süsteemide uuendusteni.
Perovskiidid on pooljuhid, mis tekitavad valguse tabamisel elektron-augu paare. Elektrivoolu tekitatakse nende elektronide ja aukude vastassuundades saates.
Selle uuringu õhukese kilega perovskiitides voolavad augud läbi materjali kiiremini kui elektronid, millel on elektronide aukude transpordis märkimisväärne ebastabiilsus. Arhitektuuri või kihtide virnastamise kohandamisega ebastabiilsetes perovskiitides avastasid teadlased, et nad saavad ära kasutada omadusi, mis võimaldaksid materjalidel toimida kitsariba fotodetektoritena.
Neid materjale kasutati sensori massiivi valmistamiseks ja projektorit kasutati pildi valgustamiseks läbi seadme. Signaali töötlemiseks ja kujutise rekonstrueerimiseks sisestati punase, rohelise ja sinise kihi andmed kolme alamkihi neuromorfsesse algoritmi. Üks arvutustehnoloogia tüüp, mida nimetatakse neuromorfseteks algoritmideks, püüab jäljendada inimese aju tööd.
Wang lisas, et nad on proovinud erinevaid andmetöötlusviise. "Proovisime kolme värvikihi signaali otse kombineerida, kuid tulemus ei olnud väga selge. Kui aga rakendame seda neuromorfset töötlust, näeb pilt palju rohkem välja nagu originaal.
Teadlased väitsid, et programm sarnaneb inimese võrkkestas leiduva närvivõrguga, ja ütlesid, et nende leiud võivad seetõttu heita uut valgust nende närvivõrkude tähtsusele nägemise jaoks.
Wangi sõnul saame oma seadme ja selle meetodi kombineerimisega näidata, et närvivõrgu võimekus on inimsilma visuaalses töötlemises ülioluline.
Allikas: techxplore.com/news
Günceleme: 13/05/2023 21:58