חוקרי פן סטייט יצרו מכשיר חדש שמייצר תמונות על ידי חיקוי קולטני הצילום האדום, הירוק והכחול והרשת העצבית המצויים בעין האנושית. לדברי קאי וואנג, עוזר פרופסור למחקר במחלקה למדע והנדסת חומרים בפן סטייט, "שאלנו עיצוב מהטבע - הרשתית שלנו מכילה תאי חרוט הרגישים לאור אדום, ירוק וכחול ורשת עצבית שמתחילה לעבד את מה שאנו רואים. עוד לפני שהמידע מועבר למוח שלנו".
"העולם הצבעוני שאנו יכולים לראות הוא תוצאה של התהליך הטבעי הזה."
כדי להשיג זאת במכשיר מלאכותי, החוקרים פיתחו מערך חדש של חיישנים המורכב מגלאי פוטו פרוסקיט צר פס הדומים לתאי החרוט שלנו. הם שילבו אותו עם אלגוריתם נוירומורפי הדומה לרשת העצבית שלנו כדי לעבד את הנתונים וליצור תמונות מדויקות ביותר.
גלאי צילום חיוניים למצלמות ולהתקנים אופטיים רבים אחרים, מכיוון שהם ממירים אנרגיית אור לפולסים חשמליים. לדברי החוקרים, האדומים, הירוקים והכחולים המרכיבים את האור הנראה הם רק כמה דוגמאות לאזורים בספקטרום האור שניתן למקד אותם באמצעות גלאי פוטו צר.
לדברי וואנג, בעבודה זו פיתחנו שיטה מהפכנית ליצירת חומר פרובסקיט הרגיש רק לאורך גל אחד של אור. "פיתחנו שלושה חומרי פרוסקיט שונים שרגישים רק לאורכי גל אדומים, ירוקים או כחולים", אומר המחבר.
לדברי מומחים, טכנולוגיה זו יכולה להיות דרך להימנע משימוש במסננים במצלמות מודרניות המפחיתות רזולוציה, מגדילות עלויות ומסבכות את תהליכי הייצור.
המצלמות משתמשות בגלאי סיליקון שסופגים אור אך אינם יכולים להבחין בין הגוונים. אור אדום, ירוק וכחול מופרדים על ידי מסנן חיצוני המאפשר רק צבע אחד להיכנס לכל אזור בחיישן האור ומבזבז שני שליש מהאור הנובע.
"חלק מהמידע הולך לאיבוד כאשר האור מסונן החוצה, אבל עם העיצוב שלנו ניתן להימנע מכך. לכן, אנו חושבים שעבודה זו עשויה לייצג שיטת זיהוי מצלמה פוטנציאלית שיכולה לעזור להשיג רזולוציה מרחבית גבוהה יותר.
לדברי החוקרים, המכשירים החדשים מייצרים כוח תוך כדי קליטת אור עקב שימוש בחומרי פרוסקיט, מה שעלול לסלול את הדרך לטכנולוגיית מצלמה נטולת סוללות.
לדברי Luyao Zheng, חוקר פוסט-דוקטורט בפן סטייט, "מבנה המכשיר דומה לתאים סולאריים המשתמשים באור כדי לייצר חשמל". "כשאתה מאיר עליו אור, הוא יפיק זרם. אנחנו לא צריכים להשתמש באנרגיה כדי לאסוף את המידע הזה מהאור, בדיוק כמו שהעיניים שלנו עושות.
כתוצאה ממחקר זה, ניתן לעשות התקדמות נוספת בביוטכנולוגיה של רשתית מלאכותית. לדברי החוקרים, מכשירים המבוססים על טכניקה זו יוכלו יום אחד לשמש כדי להחליף תאים פגומים או מתים בעינינו על מנת לשקם את הראייה.
החוקרים כותבים בכתב העת Science Advances שהתגליות משקפות התקדמות מרובות וחשובות בפיתוח מכשירי זיהוי צר-פס של פרוסקיט, מסינתזת חומרים ועד עיצוב מכשירים וחדשנות מערכות.
פרוסקיטים הם מוליכים למחצה המייצרים זוגות אלקטרונים-חורים כאשר האור פוגע בהם. זרמים חשמליים נוצרים על ידי שליחת אלקטרונים וחורים אלה בכיוונים מנוגדים.
בפרוסקיטים בעלי הסרט הדק של מחקר זה, חורים זורמים דרך החומר מהר יותר מאשר אלקטרונים, שיש להם אי יציבות משמעותית בהובלת אלקטרונים-חור. על ידי התאמת הארכיטקטורה, או אופן הערימת השכבות, בפרוסקיטים לא יציבים, החוקרים גילו שהם יכולים לנצל תכונות שיאפשרו לחומרים לתפקד כגלאי פוטו צר.
חומרים אלו שימשו לייצור מערך חיישנים ומקרן שימש להארת תמונה דרך המכשיר. לעיבוד אותות ושחזור תמונה, נתונים מהשכבות האדומות, הירוקה והכחולה הוכנסו לאלגוריתם נוירומורפי תלת-תת-שכבתי. סוג אחד של טכנולוגיית מחשוב המכונה אלגוריתמים נוירומורפיים נועד לחקות את אופן פעולת המוח האנושי.
וואנג הוסיף כי הם ניסו שיטות שונות לעיבוד נתונים. "ניסינו לשלב את שלושת אותות שכבת הצבע ישירות, אבל התוצאה לא הייתה ברורה במיוחד. עם זאת, כאשר אנו מיישמים את העיבוד הנוירומורפי הזה, התמונה נראית הרבה יותר כמו המקור.
בהצהרה כי התוכנית דומה לרשת העצבית שנמצאת ברשתית האדם, אמרו החוקרים כי ממצאיהם עשויים לשפוך אור חדש על חשיבותן של רשתות עצביות אלו לראייה.
לדברי וואנג, על ידי שילוב המכשיר שלנו ושיטה זו, אנו יכולים להראות שליכולת הרשת העצבית יש חשיבות מכרעת בעיבוד חזותי בעין האנושית.
מקור: techxplore.com/news
Günceleme: 13/05/2023 21:58