Искусственная электронная сетчатка, которая может «видеть» так же, как система человеческого зрения, и может распознавать рукописные цифры, была создана исследователями KAUST, поскольку они стремятся разработать лучшие варианты приложений для компьютерного зрения.
Мани Теджа Виджапу, доктор электротехники. Студент Халед Набиль Салама и его коллеги спроектировали и изготовили ряд фоторецепторов, которые определяют интенсивность видимого света посредством изменения электрической емкости, имитируя поведение палочек сетчатки глаза. Когда массив был подключен к электронной схеме CMOS-сенсора и импульсной нейронной сети (однослойная сеть со 100 выходными нейронами), он смог распознавать рукописные числа с точностью около 70 процентов.
«Конечная цель наших исследований в этой области — разработать эффективные датчики нейроморфного зрения для создания эффективных камер для приложений компьютерного зрения», — пояснил Салама. «Существующие системы используют фотодетекторы, которым для работы требуется питание, и поэтому они потребляют много энергии даже в режиме ожидания. В отличие от них предлагаемые нами фоторецепторы представляют собой емкостные устройства, которые не потребляют статическую энергию для своей работы».
Массив фоторецепторов состоит из материала с подходящими оптическими и диэлектрическими свойствами между нижним алюминиевым электродом и узорчатым верхним электродом из оксида индия-олова, чтобы сформировать пиксельный массив миниатюрных светочувствительных конденсаторов металл-изолятор-металл.
Массив выполнен на тонкой подложке из полиимида, поэтому он гибкий и может изгибаться по желанию, в том числе в форме полусферы, имитирующей человеческий глаз.
При выборе материалов для своего фоторецептора команда KAUST использовала гибридный материал нанокристаллов перовскита (метиламмоний бромида свинца (MAPbBr3)), встроенных в терполимер поливинилиденфторида трифторэтилен-хлорфторэтилен (PVDF-TrFE-CEF). MAPbBr3 уже вызывает большой интерес в исследованиях солнечных элементов, поскольку является сильным поглотителем видимого света, в то время как PVDF-TrFE-CEF имеет высокую диэлектрическую проницаемость. «Мы выбрали гибридные перовскиты из-за их исключительных фотоэлектронных свойств, таких как превосходное поглощение света, длительное время жизни носителей и высокая подвижность носителей», — пояснил Виджапу.
Тесты с матрицей 4×4 и светодиодной подсветкой разных видимых цветов показали, что оптический отклик матрицы имитирует отклик человеческого глаза с максимальной чувствительностью к зеленому свету. Важно отметить, что фоторецепторы также оказались очень стабильными, без каких-либо изменений в реакции даже после хранения в течение 129 недель в условиях окружающей среды.
В планы на будущее команды входит создание больших массивов фоторецепторов, оптимизация схемы интерфейса и использование многослойной нейронной сети для повышения точности функций распознавания.
Теги: биотехнологии, зрение, ИИ, киборг, распознавание
