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仿生视网膜:KAUST研究团队开发出新型电容式柔性光感器

2022-02-25 05:00:45 cnBeta.COM
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研究配图 - 1:哺乳动物视网膜的视杆细胞

据悉,人类和其它哺乳动物的眼睛,都依赖于视网膜中的感光细胞来工作(视杆细胞和视锥细胞)。它们会吸收传入的光子,并向大脑发送电信号。

研究配图 - 2:柔性电容式感光器(CPRs)示意图

在这项新研究中,KAUST 研究人员就致力于在人造设备中模拟该过程,但需要用到一种光吸收效率极高关键材料,比如被新一代光伏面板寄予厚望的钙钛矿。

研究配图 - 3:CPRs 的响应,呈现出了与频率之间的非相关性。

钙钛矿纳米晶体被嵌入到了聚合物上,然后该层又被夹在两个电极之间 —— 底部是铝、顶部是氧化铟锡。上部电极被蚀刻,以允许光线通过钙钛矿层,从而形成所需的感光器阵列。

研究配图 - 4:CPR 在不同强度 LED 照射下的瞬态响应(10kHz 测量),呈现可调谐与可重复性。

在聚酰亚胺基板上制成传感器后,可让设备弯曲称所需的任何形状(此处选择了类似人类视网膜的形状)。而后为了处理光输入,感光器阵列又被连接到了一个 CMOS 传感器和具有百个输出神经元的神经网络。

研究配图 - 5:CPR 波长相关特性与可靠性

在 4 x 4 阵列的测试中,研究人员用各种颜色的 LED 灯来照射它。结果发现其具有与人眼非常相似的光学响应,对绿光尤为敏感。在另一项测试中,该系统甚至达成了 72% 的手写数字识别率。

研究配图 - 6:CPR 的工作机制与记忆效应研究

稳定性方面,这套人造视网膜传感器系统也相当出色。即使经过了 129 周,其对光的响应也没有任何变化。遗憾的是,尽管受生物学灵感启发,这种人造视网膜还是不太适合用于人体移植。

研究配图 - 7:神经元接口与输出响应

尽管有其生物学灵感,但这种人造视网膜不太可能像其他一些人一样用于人体移植。好消息是,随着开发的不断深入,相关技术至少可用于改善相机、或更加先进的机器人视觉系统。

(来自:Light | Science & Applications)

通讯作者 Khaled Nabil Salama 表示,其在该研究领域的最终目标,是开发出高效的神经形态视觉传感器、以及为计算机视觉应用打造更高效的摄像头系统。

现有系统使用的光电探测器,需要借助外部电源才能运行。因而即使在待机状态下,也会消耗大量的能源。另一方面,新型电容式柔性光感器不会在运行过程中有静态功率消耗。

责任编辑:bH_03116

关键词: 科学探索 仿生视网膜KAUST研究团队开发出新型电容式柔

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