Penn State 연구원들은 인간의 눈에서 발견되는 빨강, 녹색 및 파랑 광수용체와 신경망을 모방하여 이미지를 생성하는 새로운 장치를 만들었습니다. Penn State의 재료 과학 및 공학과 연구 조교수인 Kai Wang에 따르면, “우리는 자연에서 디자인을 차용했습니다. 우리의 망막에는 적색, 녹색 및 청색 빛에 민감한 원뿔 세포와 우리가 보는 것을 처리하기 시작하는 신경망이 포함되어 있습니다. 정보가 뇌에 전달되기 전에도 말입니다.”
"우리가 볼 수 있는 다채로운 세상은 이러한 자연스러운 과정의 결과입니다."
인공 장치에서 이를 달성하기 위해 연구원들은 원뿔 세포와 유사한 협대역 페로브스카이트 광검출기로 구성된 새로운 센서 어레이를 개발했습니다. 그들은 그것을 우리의 신경망과 유사한 뉴로모픽 알고리즘과 결합하여 데이터를 처리하고 매우 정확한 이미지를 생성했습니다.
광검출기는 빛 에너지를 전기 펄스로 변환하므로 카메라 및 기타 많은 광학 장치에 매우 중요합니다. 연구원들에 따르면, 가시광선을 구성하는 적색, 녹색 및 청색은 협대역 광검출기를 사용하여 초점을 맞출 수 있는 광 스펙트럼 영역의 몇 가지 예일 뿐입니다.
Wang에 따르면 이 작업에서 우리는 빛의 한 파장에만 민감한 페로브스카이트 재료를 만드는 혁신적인 방법을 개발했습니다. "우리는 빨강, 녹색 또는 파랑 파장에만 민감한 세 가지 다른 페로브스카이트 재료를 개발했습니다."라고 저자는 말합니다.
전문가들에 따르면 이 기술은 해상도를 낮추고 비용을 높이며 생산 공정을 복잡하게 만드는 최신 카메라의 필터 사용을 피할 수 있는 방법이 될 수 있습니다.
카메라는 빛을 흡수하지만 색조를 구분할 수 없는 실리콘 광검출기를 사용합니다. 적색, 녹색, 청색 빛은 광센서의 각 영역에 한 가지 색상만 들어갈 수 있도록 하는 외부 필터에 의해 분리되어 입사광의 XNUMX/XNUMX를 낭비합니다.
“빛이 걸러지면 일부 정보가 손실되지만 우리 설계에서는 이를 피할 수 있습니다. 따라서 우리는 이 작업이 더 높은 공간 해상도를 달성하는 데 도움이 될 수 있는 잠재적인 카메라 감지 방법을 나타낼 수 있다고 생각합니다.
연구원들에 따르면 새로운 장치는 페로브스카이트 재료를 사용하여 빛을 흡수하면서 전력을 생성하여 잠재적으로 배터리 없는 카메라 기술의 길을 열었습니다.
Penn State의 박사후 연구원인 Luyao Zheng에 따르면 "장치 구조는 빛을 사용하여 전기를 생성하는 태양 전지와 유사합니다." “빛을 비추면 전류가 생성됩니다. 우리는 눈처럼 빛에서 이 정보를 수집하기 위해 에너지를 사용할 필요가 없습니다.
이 연구의 결과로 인공 망막의 생명 공학에서 더 많은 진전이 이루어질 수 있습니다. 연구원에 따르면 이 기술을 기반으로 하는 장치는 언젠가 시력을 회복하기 위해 우리 눈의 손상되거나 죽은 세포를 대체하는 데 사용될 수 있습니다.
연구원들은 이번 발견이 재료 합성에서 장치 설계 및 시스템 혁신에 이르기까지 페로브스카이트 협대역 광검출 장치 개발의 여러 중요한 발전을 반영한다고 Science Advances 저널에 썼습니다.
페로브스카이트는 빛이 닿을 때 전자-정공 쌍을 생성하는 반도체입니다. 전류는 이러한 전자와 정공을 반대 방향으로 보냄으로써 생성됩니다.
이 연구의 박막 페로브스카이트에서 정공은 전자-정공 수송에서 상당한 불안정성을 갖는 전자보다 더 빠르게 물질을 통해 흐른다. 불안정한 페로브스카이트에서 구조나 층이 쌓이는 방식을 조정함으로써 연구진은 재료가 협대역 광검출기로 기능할 수 있는 특성을 이용할 수 있음을 발견했습니다.
이러한 재료는 센서 어레이를 만드는 데 사용되었으며 프로젝터는 장치를 통해 이미지를 비추는 데 사용되었습니다. 신호 처리 및 이미지 재구성을 위해 빨강, 녹색 및 파랑 레이어의 데이터를 XNUMX개 하위 레이어 뉴로모픽 알고리즘에 입력했습니다. 뉴로모픽 알고리즘으로 알려진 컴퓨팅 기술의 한 유형은 인간의 뇌가 작동하는 방식을 모방하는 것을 목표로 합니다.
Wang은 다양한 데이터 처리 방법을 시도했다고 덧붙였습니다. “세 가지 색상 레이어 신호를 직접 결합해 보았지만 결과가 명확하지 않았습니다. 하지만 이 뉴로모픽 처리를 적용하면 이미지가 원본과 훨씬 더 비슷해 보입니다.
이 프로그램이 인간의 망막에서 발견되는 신경망과 유사하다고 연구원들은 그들의 발견이 시각을 위한 이러한 신경망의 중요성에 대해 새로운 빛을 비출 수 있다고 말했습니다.
Wang에 따르면 우리 장치와 이 방법을 결합하여 신경망 기능이 인간 눈의 시각적 처리에 중요하다는 것을 보여줄 수 있습니다.
출처: techxplore.com/news
Günceleme: 13/05/2023 21:58