Georgia State Üniversitesi araştırmacıları, yeni bir dikey istifleme mimarisi içeren ve mikro düzeyde daha fazla renk tanıma ve ölçeklenebilirlik derinliği sağlayan yeni bir yapay görme cihazı türünü başarıyla tasarladılar. Yeni araştırma, en iyi dergi ACS Nano’da yayınlandı.

“Bu çalışma, mikrorobotlar için mikro ölçekli bir kamera geliştirmek için nihai hedefimize doğru atılan ilk adımdır” diyor araştırmayı yöneten Fizik yardımcı doçenti Sidong Lei. “Minyatürleştirmeye vurgu yaparak bu yeni görüntü sensörü türünü oluşturmak için temel ilkeyi ve fizibiliteyi gösteriyoruz.”

Lei’nin ekibi, nanoteknolojiyi kullanarak biyokimyasal süreçleri taklit etmek için sentetik yöntemler kullanan biyomimetik yapay görme cihazının temelini atmayı başardı.

“Bilgilerin yüzde 80’inden fazlasının araştırma, endüstri, ilaç ve günlük yaşamımızda vizyonla yakalandığı iyi bilinmektedir” diyor. “Araştırmamızın nihai amacı, mevcut araçlarla maddi olmayan dar alanlara girebilen mikrorobotlar için mikro ölçekli bir kamera geliştirmek ve tıbbi teşhis, çevresel çalışma, üretim, arkeoloji ve daha fazlasında yeni ufuklar açmaktır.”

Bu biyomimetik “elektrikli göz”, hakim renk algılama cihazlarının ölçeğini küçültmenin zorluğu nedeniyle mevcut araştırmalarda kaçırılan en kritik görme fonksiyonu olan renk tanımayı ilerletmektedir. Geleneksel renk sensörleri tipik olarak yanal renk algılama kanalı düzenini benimser ve büyük miktarda fiziksel alan tüketir ve daha az doğru renk algılama sunar.

Araştırmacılar, donanım tasarımına yeni bir yaklaşım sunan benzersiz istifleme tekniğini geliştirdiler. Van der Waals yarı iletken destekli dikey renk algılama yapısının, yapay görme sistemlerinin ölçeğini küçültmek için optik lens sisteminin tasarımını basitleştirebilecek hassas renk tanıma yeteneği sunduğunu söylüyor.

Araştırma ekibinin bir parçası olan Dr. Lei’nin İşlevsel Malzemeler Stüdyosu’nda yüksek lisans öğrencisi olan Ningxin Li, teknolojideki son gelişmelerin yeni tasarımı mümkün kıldığını söylüyor.

Li, “Görüntü sensörü mimarimizde elde edilen yeni işlevsellik, son yıllarda van der Waals yarı iletkenlerinin hızlı ilerlemesine bağlı” diyor. “Silikon gibi geleneksel yarı iletkenlerle karşılaştırıldığında, kırmızı, yeşil ve mavi renkleri algılamak için van der Waals malzeme bandı yapısını, kalınlığını ve diğer kritik parametreleri hassas bir şekilde kontrol edebiliyoruz.”

Van der Waals yarı iletkenleri güçlendirilmiş dikey renk sensörü (vdW-Ss), bireysel atomik katmanların zayıf van der Waals kuvvetleri tarafından bağlandığı yeni ortaya çıkan bir malzeme sınıfını temsil eder. Yeni fiziği keşfetmek ve yeni nesil cihazlar tasarlamak için en önemli platformlardan birini oluşturuyorlar.

“Bu yeni yarı iletken malzemelerin ultra inceliği, mekanik esnekliği ve kimyasal kararlılığı, onları keyfi sıralarda istiflememize izin veriyor. Bu nedenle, mevcut düzlemsel mikro-elektronik düzeninin aksine üç boyutlu bir entegrasyon stratejisi sunuyoruz. Daha yüksek entegrasyon yoğunluğu, cihaz mimarimizin kameraların ölçeğini küçültmeyi hızlandırabilmesinin ana nedenidir,” diyor Li.

Teknoloji şu anda Georgia Eyaleti Teknoloji Transfer ve Ticarileştirme Ofisi (OTTC) ile patent bekliyor. OTTC, bu yeni tasarımın belirli endüstri ortakları için yüksek ilgi göreceğini tahmin ediyor. OTTC Direktörü Cliff Michaels, “Bu teknoloji, mevcut sensörlerde görülen bazı önemli dezavantajların üstesinden gelme potansiyeline sahip” diyor. Nanoteknoloji ilerledikçe ve cihazlar daha kompakt hale geldikçe, bu daha küçük, son derece hassas renk sensörleri inanılmaz derecede yararlı olacaktır. ”

Araştırmacılar, keşfin bir gün görme engellilere yardım etmek için ilerlemeler bile üretebileceğine inanıyor.

Li, “Bu teknoloji, biyomimetik elektronik gözlerin ve ayrıca diğer nöromorfik protez cihazlarının geliştirilmesi için çok önemlidir” diyor. “Yüksek kaliteli renk algılama ve görüntü tanıma işlevi, gelecekte görme engelliler için renkli madde algısının yeni olanaklarını getirebilir.”

Lei, ekibinin bu keşiften öğrendiklerini kullanarak bu gelişmiş teknolojileri ileriye taşımaya devam edeceğini söylüyor.

“Bu ileriye doğru atılmış büyük bir adım, ancak hala gofret ölçeğinde entegrasyon gibi bilimsel ve teknik zorluklarla karşı karşıyayız. Ticari görüntü sensörleri, yüksek çözünürlüklü görüntüler sunmak için milyonlarca pikseli entegre edebilir, ancak bu henüz prototipimizde uygulanmadı “diyor. “Bu büyük ölçekli van der Waals yarı iletken cihaz entegrasyonu şu anda tüm araştırma topluluğu tarafından üstesinden gelinmesi gereken kritik bir zorluktur. Ülke çapındaki işbirlikçilerimizle birlikte, ekibimizin çabalarımızı adadığı yer burasıdır. “