Onderzoekers van de Georgia State University hebben met succes een nieuw type apparaat voor kunstmatig zicht ontworpen dat een nieuwe verticale stapelarchitectuur bevat en een grotere diepte van kleurherkenning en schaalbaarheid op microniveau mogelijk maakt. Het nieuwe onderzoek is gepubliceerd in het toptijdschrift ACS Nano.
“Dit werk is de eerste stap op weg naar onze eindbestemming: het ontwikkelen van een microschaalcamera voor microrobots”, zegt assistent-professor natuurkunde Sidong Lei, die het onderzoek leidde. “We illustreren het fundamentele principe en de haalbaarheid om dit nieuwe type beeldsensor te bouwen met de nadruk op miniaturisatie.”
Lei’s team was in staat om de basis te leggen voor het biomimetische apparaat voor kunstmatige visie, dat synthetische methoden gebruikt om biochemische processen na te bootsen, met behulp van nanotechnologie.
“Het is bekend dat meer dan 80 procent van de informatie wordt vastgelegd door visie in onderzoek, de industrie, medicatie en ons dagelijks leven”, zegt hij. “Het uiteindelijke doel van ons onderzoek is om een camera op microschaal te ontwikkelen voor microrobots die met de huidige middelen nauwe ruimtes kunnen betreden die ongrijpbaar zijn, en nieuwe horizonten openen in medische diagnose, milieustudie, productie, archeologie en meer.”
Dit biomimetische “elektrische oog” bevordert de kleurherkenning, de meest kritische zichtfunctie, die in het huidige onderzoek wordt gemist vanwege de moeilijkheid om de heersende kleurwaarnemingsapparatuur te verkleinen. Conventionele kleursensoren gebruiken doorgaans een laterale kleurdetectiekanaallay-out en nemen een grote hoeveelheid fysieke ruimte in beslag en bieden minder nauwkeurige kleurdetectie.
Onderzoekers ontwikkelden de unieke stapeltechniek die een nieuwe benadering van het hardware-ontwerp biedt. Hij zegt dat de van der Waals halfgeleider-gemachtigde verticale kleurdetectiestructuur nauwkeurige kleurherkenningsmogelijkheden biedt, wat het ontwerp van het optische lenssysteem kan vereenvoudigen voor het verkleinen van de kunstmatige zichtsystemen.
advertentie
Ningxin Li, een afgestudeerde student in Dr. Lei’s Functional Materials Studio die deel uitmaakte van het onderzoeksteam, zegt dat recente technologische ontwikkelingen het nieuwe ontwerp mogelijk maken.
“De nieuwe functionaliteit die in onze beeldsensorarchitectuur wordt bereikt, hangt allemaal af van de snelle vooruitgang van Van der Waals-halfgeleiders in de afgelopen jaren”, zegt Li. “Vergeleken met conventionele halfgeleiders, zoals silicium, kunnen we de bandstructuur, dikte en andere kritische parameters van Van der Waals-materiaal nauwkeurig regelen om de rode, groene en blauwe kleuren te voelen.”
De van der Waals halfgeleiders bekrachtigde verticale kleurensensor (vdW-Ss) vertegenwoordigen een nieuw opgekomen klasse van materialen, waarin individuele atomaire lagen zijn verbonden door zwakke van der Waals-krachten. Ze vormen een van de meest prominente platforms voor het ontdekken van nieuwe fysica en het ontwerpen van apparaten van de volgende generatie.
“De ultradunheid, mechanische flexibiliteit en chemische stabiliteit van deze nieuwe halfgeleidermaterialen stellen ons in staat ze in willekeurige volgorde te stapelen. We introduceren dus eigenlijk een driedimensionale integratiestrategie in tegenstelling tot de huidige vlakke micro-elektronica-layout. een hogere integratiedichtheid is de belangrijkste reden waarom onze apparaatarchitectuur de downscaling van camera’s kan versnellen”, zegt Li.
Op de technologie is momenteel patent aangevraagd bij het Georgia State’s Office of Technology Transfer & Commercialization (OTTC). OTTC verwacht dat dit nieuwe ontwerp van groot belang zal zijn voor bepaalde industriële partners. “Deze technologie heeft het potentieel om enkele van de belangrijkste nadelen van huidige sensoren te overwinnen, zegt Cliff Michaels, directeur van OTTC. “Naarmate nanotechnologie vordert en apparaten compacter worden, zullen deze kleinere, zeer gevoelige kleurensensoren ongelooflijk nuttig zijn.”
Onderzoekers geloven dat de ontdekking op een dag zelfs vooruitgang kan opleveren om slechtzienden te helpen.
“Deze technologie is cruciaal voor de ontwikkeling van biomimetische elektronische ogen en ook voor andere neuromorfe prothetische apparaten”, zegt Li. “Kleurdetectie en beeldherkenningsfunctie van hoge kwaliteit kunnen in de toekomst nieuwe mogelijkheden bieden voor de waarneming van kleurrijke items voor slechtzienden.”
Lei zegt dat zijn team deze geavanceerde technologieën verder zal ontwikkelen met behulp van wat ze van deze ontdekking hebben geleerd.
“Dit is een grote stap voorwaarts, maar we staan nog steeds voor wetenschappelijke en technische uitdagingen, bijvoorbeeld de integratie op waferschaal. Commerciële beeldsensoren kunnen miljoenen pixels integreren om high-definition beelden te leveren, maar dit is niet geïmplementeerd in onze prototype nog’, zegt hij. “Deze grootschalige integratie van Van der Waals-halfgeleiderapparatuur is momenteel een kritieke uitdaging die door de hele onderzoeksmaatschappij moet worden overwonnen. Samen met onze landelijke medewerkers is dat waar ons team onze inspanningen op richt.”
lees het gehele artikel bij de bron
Samenvatting: Met behulp van nanotechnologie hebben wetenschappers een nieuw ontworpen neuromorf elektronisch apparaat gemaakt dat microrobotica een kleurrijk zicht geeft. Het nieuw ontworpen apparaat voor kunstmatige visie zou verreikende toepassingen kunnen hebben op het gebied van geneeskunde, kunstmatige intelligentie en microrobotica.
Datum van publicatie: 20 april 2022
Bron: Technologie | Top technologienieuws — ScienceDaily