...

Sztuczna siatkówka z perowskitu

30 sierpnia 2022
Sztuczna siatkówka z perowskitu

Mani Teja Vijjapu, Khaled Nabil Salama i współpracownicy zaprojektowali i wyprodukowali szereg fotoreceptorów, które wykrywają intensywność światła widzialnego poprzez zmianę pojemności elektrycznej, naśladując zachowanie komórek siatkówki oka. Kiedy macierz została podłączona do elektronicznego obwodu wykrywającego CMOS (ang. complementary metal oxide semiconductor) i kolczastej sieci neuronowej (jednowarstwowej sieci ze 100 neuronami wyjściowymi), była w stanie rozpoznawać ręcznie pisane liczby z dokładnością około 70%.

Ostatecznym celem naszych badań w tej dziedzinie jest opracowanie wydajnych neuromorficznych czujników wizyjnych do budowy wydajnych kamer do zastosowań widzenia komputerowego – powiedział Salama. – Istniejące systemy wykorzystują fotodetektory, które do działania wymagają zasilania, a tym samym zużywają dużo energii, nawet w trybie czuwania. W przeciwieństwie do tego, proponowane przez nas fotoreceptory to urządzenia pojemnościowe, które do działania nie zużywają energii statycznej – dodaje.

Matryca fotoreceptorów jest wykonana przez umieszczenie materiału o odpowiednich właściwościach optycznych i dielektrycznych między dolną elektrodą aluminiową a elektrodą górną wykonaną z tlenku indowo-cynowego. Stanowi pikselowy układ miniaturowych światłoczułych kondensatorów metal-izolator-metal. Matryca jest wykonana na cienkim podłożu z poliimidu, dzięki czemu jest elastyczna i może być zakrzywiona zgodnie z potrzebami, także w półkulisty kształt naśladujący ludzkie oko.

Przy wyborze materiałów na fotoreceptor wykorzystano materiał hybrydowy nanokryształów perowskitu (bromku ołowiu metyloamonowego MAPbBr3). MAPbBr3, to materiał cieszący się dużym zainteresowaniem w badaniach nad ogniwami słonecznymi będący silnym pochłaniaczem światła widzialnego. Wybraliśmy perowskity hybrydowe ze względu na ich wyjątkowe właściwości fotoelektroniczne, takie jak doskonała absorpcja światła, długa żywotność i wysoka mobilność nośnika – wyjaśnił Vijjapu.

Testy z matrycą 4 × 4 i oświetleniem LED o różnych widocznych kolorach wskazują, że odpowiedź optyczna matrycy naśladuje odpowiedź ludzkiego oka z maksymalną wrażliwością na zielone światło. Co ważne, stwierdzono również, że fotoreceptory są bardzo stabilne, bez zmiany odpowiedzi nawet po przechowywaniu przez 129 tygodni w warunkach otoczenia. Plany zespołu na przyszłość obejmują budowę większych macierzy fotoreceptorów, optymalizację projektu obwodu interfejsu i zastosowanie wielowarstwowej sieci neuronowej w celu poprawy dokładności funkcji rozpoznawania.

Sztuczna elektroniczna siatkówka, która „widzi” w sposób podobny do ludzkiego systemu widzenia i rozpoznaje odręczne cyfry, została zbudowana przez badaczy Kaust, którzy starają się opracować lepsze opcje aplikacji widzenia komputerowego.

Źródło: Kaust Discovery