Investigadores de la Universidad Estatal de Georgia han diseñado con éxito un nuevo tipo de dispositivo de visión artificial que incorpora una nueva arquitectura de apilamiento vertical y permite una mayor profundidad de reconocimiento de color y escalabilidad a nivel micro. La nueva investigación se publica en la revista principalACS Nano.
"Este trabajo es el primer paso hacia nuestro destino final: desarrollar una cámara a microescala para microrobots", dice el profesor asistente de Física Sidong Lei, quien dirigió la investigación. "Ilustramos el principio fundamental y la viabilidad para construir este nuevotipo de sensor de imagen con énfasis en la miniaturización".
El equipo de Lei pudo sentar las bases para el dispositivo biomimético de visión artificial, que usa métodos sintéticos para imitar procesos bioquímicos, usando nanotecnología.
"Es bien sabido que más del 80 por ciento de la información es capturada por la visión en la investigación, la industria, la medicación y nuestra vida diaria", dice. "El objetivo final de nuestra investigación es desarrollar una microescalacámara para microrobots que pueden ingresar a espacios estrechos que son intangibles por los medios actuales y abren nuevos horizontes en diagnóstico médico, estudio ambiental, fabricación, arqueología y más".
Este "ojo eléctrico" biomimético avanza en el reconocimiento de color, la función de visión más crítica, que se pierde en la investigación actual debido a la dificultad de reducir la escala de los dispositivos de detección de color predominantes. Los sensores de color convencionales generalmente adoptan un diseño de canal de detección de color lateral y consumenuna gran cantidad de espacio físico y ofrecen una detección de color menos precisa.
Los investigadores desarrollaron la técnica de apilamiento única que ofrece un enfoque novedoso para el diseño de hardware. Él dice que la estructura de detección de color vertical potenciada por semiconductores de van der Waals ofrece una capacidad de reconocimiento de color precisa que puede simplificar el diseño del sistema de lentes ópticas para la reducción de escala delos sistemas de visión artificial.
Ningxin Li, estudiante de posgrado en el Estudio de Materiales Funcionales del Dr. Lei que formó parte del equipo de investigación, dice que los avances tecnológicos recientes hacen posible el nuevo diseño.
"La nueva funcionalidad lograda en nuestra arquitectura de sensor de imagen depende del rápido progreso de los semiconductores de van der Waals durante los últimos años", dice Li. "En comparación con los semiconductores convencionales, como el silicio, podemos controlar con precisión el material de van der Waalsestructura de la banda, grosor y otros parámetros críticos para detectar los colores rojo, verde y azul".
El sensor de color vertical potenciado por semiconductores de van der Waals vdW-Ss representa una nueva clase de materiales, en la que las capas atómicas individuales están unidas por fuerzas débiles de van der Waals. Constituyen una de las plataformas más destacadas para descubrir nuevosla física y el diseño de dispositivos de última generación.
"La ultradelgadez, la flexibilidad mecánica y la estabilidad química de estos nuevos materiales semiconductores nos permiten apilarlos en órdenes arbitrarios. Por lo tanto, en realidad estamos introduciendo una estrategia de integración tridimensional en contraste con el diseño microelectrónico planar actualLa mayor densidad de integración es la razón principal por la que la arquitectura de nuestro dispositivo puede acelerar la reducción de escala de las cámaras", dice Li.
Actualmente, la tecnología está pendiente de patente con la Oficina de Transferencia y Comercialización de Tecnología OTTC del estado de Georgia. OTTC anticipa que este nuevo diseño será de gran interés para ciertos socios de la industria. "Esta tecnología tiene el potencial de superar algunos de los inconvenientes clave observadoscon los sensores actuales, dice el director de OTTC, Cliff Michaels. "A medida que la nanotecnología avanza y los dispositivos se vuelven más compactos, estos sensores de color más pequeños y altamente sensibles serán increíblemente útiles".
Los investigadores creen que el descubrimiento podría incluso generar avances para ayudar a las personas con problemas de visión algún día.
"Esta tecnología es crucial para el desarrollo de ojos electrónicos biomiméticos y también de otros dispositivos protésicos neuromórficos", dice Li. "La función de reconocimiento de imágenes y detección de color de alta calidad puede brindar nuevas posibilidades de percepción de elementos coloridos para las personas con discapacidad visual en el futuro."
Lei dice que su equipo continuará impulsando estas tecnologías avanzadas utilizando lo que han aprendido de este descubrimiento.
"Este es un gran paso adelante, pero aún enfrentamos desafíos científicos y técnicos por delante, por ejemplo, la integración a escala de oblea. Los sensores de imagen comerciales pueden integrar millones de píxeles para brindar imágenes de alta definición, pero esto no se ha implementadoen nuestro prototipo todavía ", dice." Esta integración de dispositivos semiconductores de van der Waals a gran escala es actualmente un desafío crítico que debe ser superado por toda la sociedad de investigación. Junto con nuestros colaboradores a nivel nacional, es donde nuestro equipo está dedicando nuestros esfuerzos ".
Fuente de la historia:
Materiales proporcionado por Universidad Estatal de Georgia. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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