Исследователи создали искусственную сетчатку из перовскитовых материалов, которая может распознавать свет так же, как и человеческий глаз. В ходе испытаний устройство даже смогло распознать рукописный текст.
Исследователи разработали новую искусственную сетчатку (на фото не показана), основанную на перовските. Depositphotos
Глаза человека и других млекопитающих работают благодаря фоторецепторным клеткам (палочкам и колбочкам) в сетчатке, которые поглощают входящие фотоны и посылают электрические сигналы в мозг. В новом исследовании ученые из KAUST поставили перед собой задачу имитировать этот процесс в искусственном устройстве.
Ключевой ингредиент - перовскит, материал, который очень эффективно поглощает свет и поэтому считается лидером в следующем поколении солнечных батарей. В данном случае команда использовала эту способность поглощать свет для создания нового датчика.
Нанокристаллы перовскита были внедрены в полимер, после чего этот материал был помещен между двумя электродами - нижним алюминиевым и верхним из оксида индия-олова. Верхний электрод был специально протравлен, чтобы обеспечить прохождение света к слою перовскита, создавая массив фоторецепторов. Фоторецепторы выполнены на полиимидной подложке, которая позволяет устройству изгибаться и принимать любую необходимую форму, например, форму сетчатки глаза человека.
Для обработки поступающего света матрица фоторецепторов была подключена к КМОП-датчику и нейронной сети из 100 выходных нейронов. В ходе испытаний с массивом 4 x 4 система освещалась светодиодами различных цветов, в результате чего было обнаружено, что оптическая реакция очень похожа на реакцию человеческого глаза, причем система особенно чувствительна к зеленому свету. В других тестах система даже смогла распознать рукописный текст с точностью 72 процента. Кроме того, система оказалась очень стабильной, ее реакция на свет не изменилась по прошествии 129 недель.
Несмотря на биологическое происхождение, эта искусственная сетчатка, скорее всего, не будет использоваться для трансплантации человеку. Команда говорит, что при дальнейшем развитии это устройство можно будет использовать для создания более совершенных систем машинного зрения для камер и роботов.
"Конечной целью наших исследований в этой области является разработка эффективных нейроморфных зрительных сенсоров с целью создания эффективных камер для систем машинного зрения", - сказал Халед Набиль Салама, автор-корреспондент исследования. "Существующие системы используют фотоприемники, которые требуют питания для своей работы и поэтому потребляют много энергии даже в режиме ожидания. В отличие от этих систем, предлагаемые нами фоторецепторы являются емкостными устройствами, которые не потребляют статическую энергию для своей работы".
Гибкие емкостные фоторецепторы (CPR) и характеристика материала. a) Схема гибкого CPR, показывающая перовскитовый ферроэлектрический нанокомпозит (PFNC), помещенный между прозрачными верхними электродами из оксида индия-олова (ITO) и полиимидной подложкой с алюминиевым (Al) покрытием. ( На вставленном фрагменте показано изготовленное устройство). b) Поперечное сечение сканирующего электронного микроскопа (SEM) изображения тонкой пленки PFNC. c) Изображение PFNC с помощью просвечивающего электронного микроскопа, показывающее нанокристаллы перовскита, встроенные в полимер. d) Репрезентативная схема, изображающая гибкий конденсатор в виде фоторецепторов сетчатки глаза, и цифровую фотографию гибкого массива CPRs, сформированного в полусферическую форму. e) УФ-VIS спектры поглощения перовскитного ферроэлектрического полимерного нанокомпозита (PFNC) и ферроэлектрического полимера. f) Спектры поглощения и фотолюминесценции осажденного PFNC и устройств после 100 недель изготовления, подтверждающие стабильность CH3NH3PbBr3 в нанокомпозите. Credit: DOI: 10.1038/s41377-021-00686-4
Исследование было опубликовано в журнале Light: Science & Applications.
Источники: KAUST через Techxplore
https://www.nature.com/articles/s41377-021-00686-4
https://techxplore.com/news/2022-02-perovskites-efficient-artificial-retina.htm
