Pesquisadores da Georgia State University projetaram com sucesso um novo tipo de dispositivo de visão artificial que incorpora uma nova arquitetura de empilhamento vertical e permite maior profundidade de reconhecimento de cores e escalabilidade em um nível micro. A nova pesquisa é publicada na revista ACS Nano.
“Este trabalho é o primeiro passo em direção ao nosso destino final – desenvolver uma câmera em microescala para microrrobôs”, diz o professor assistente de Física Sidong Lei, que liderou a pesquisa. “Ilustramos o princípio fundamental e a viabilidade de construir este novo tipo de sensor de imagem com ênfase na miniaturização.”
A equipe de Lei foi capaz de lançar as bases para o dispositivo de visão artificial biomimética, que usa métodos sintéticos para imitar processos bioquímicos, usando nanotecnologia.
“É bem conhecido que mais de 80 por cento das informações são capturadas pela visão em pesquisa, indústria, medicamentos e nossa vida diária”, diz ele. “O objetivo final de nossa pesquisa é desenvolver uma câmera em microescala para microrrobôs que possam entrar em espaços estreitos que são intangíveis pelos meios atuais e abrir novos horizontes em diagnóstico médico, estudo ambiental, fabricação, arqueologia e muito mais”.
Este “olho elétrico” biomimético avança o reconhecimento de cores, a função de visão mais crítica, que é perdida na pesquisa atual devido à dificuldade de reduzir os dispositivos de detecção de cores predominantes. Os sensores de cor convencionais normalmente adotam um layout de canal de detecção de cor lateral e consomem uma grande quantidade de espaço físico e oferecem detecção de cor menos precisa.
Lei e sua equipe desenvolveram a técnica única de empilhamento que oferece uma nova abordagem ao design de hardware. Ele diz que a estrutura de detecção de cor vertical com semicondutores de van der Waals oferece capacidade de reconhecimento de cor preciso que pode simplificar o design do sistema de lentes ópticas para a redução dos sistemas de visão artificial.
Ningxin Li, estudante de pós-graduação no Estúdio de Materiais Funcionais do Dr. Lei que fez parte da equipe de pesquisa, diz que os recentes avanços na tecnologia tornam o novo design possível.
“A nova funcionalidade alcançada em nossa arquitetura de sensor de imagem depende do rápido progresso dos semicondutores van der Waals durante os últimos anos”, diz Li. “Em comparação com os semicondutores convencionais, como o silício, podemos controlar com precisão a estrutura, a espessura e outros parâmetros críticos da banda do material de van der Waals para detectar as cores vermelha, verde e azul”.
O sensor de cor vertical habilitado para semicondutores de van der Waals (vdW-Ss) representa uma classe recém-emergida de materiais, na qual camadas atômicas individuais são ligadas por forças fracas de van der Waals. Eles constituem uma das plataformas mais proeminentes para descobrir novas físicas e projetar dispositivos de próxima geração.
“A ultrafinidade, a flexibilidade mecânica e a estabilidade química desses novos materiais semicondutores nos permitem empilhá-los em ordens arbitrárias. Então, na verdade, estamos introduzindo uma estratégia de integração tridimensional em contraste com o layout microeletrônico planar atual. maior densidade de integração é a principal razão pela qual nossa arquitetura de dispositivo pode acelerar o downscaling das câmeras”, diz Li.
A tecnologia atualmente está com patente pendente no Escritório de Transferência e Comercialização de Tecnologia do Estado da Geórgia (OTTC). A OTTC prevê que este novo design será de grande interesse para alguns parceiros da indústria. “Esta tecnologia tem o potencial de superar algumas das principais desvantagens observadas nos sensores atuais, diz o diretor da OTTC, Cliff Michaels. “À medida que a nanotecnologia avança e os dispositivos se tornam mais compactos, esses sensores de cores menores e altamente sensíveis serão incrivelmente úteis.”
Os pesquisadores acreditam que a descoberta pode até gerar avanços para ajudar os deficientes visuais um dia.
“Esta tecnologia é crucial para o desenvolvimento de olhos eletrônicos biomiméticos e também outros dispositivos protéticos neuromórficos”, diz Li. “Sensor de cores de alta qualidade e função de reconhecimento de imagem podem trazer novas possibilidades de percepção de itens coloridos para deficientes visuais no futuro.”
Lei diz que sua equipe continuará impulsionando essas tecnologias avançadas usando o que aprenderam com essa descoberta.
“Este é um grande passo à frente, mas ainda estamos enfrentando desafios científicos e técnicos pela frente, por exemplo, integração em escala de wafer. Sensores de imagem comercial podem integrar milhões de pixels para fornecer imagens de alta definição, mas isso não foi implementado em nosso protótipo ainda”, diz ele. “Esta integração de dispositivos semicondutores van der Waals em grande escala é atualmente um desafio crítico a ser superado por toda a sociedade de pesquisa. Junto com nossos colaboradores no Oak Ridge National Laboratory, é onde nossa equipe está dedicando nossos esforços.”
Publicado em 22/04/2022 07h26
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