Ihmissilmän sopeutumiskyvyn inspiroimana fototransistori

Kiinan tiedeakatemian metallitutkimuslaitoksen (IMR) tutkijat ovat kehittäneet biologiasta inspiroidun fototransistorin matalakontrastisten kohteiden herkkään havaitsemiseen.

Tämä ihmissilmän säädettävyyttä jäljittelevä fototransistori tarjoaa tehokkaan ratkaisun matalakontrastisten kohteiden havaitsemiseen monimutkaisissa visuaalisissa ympäristöissä, mikä on kriittinen haaste edistyneille konenäköjärjestelmille esimerkiksi tarkkuusohjauksessa ja älykkäässä valvonnassa.

Perinteiset valoilmaisimet kamppailevat usein voimakkaan sähköisen vasteen luomisessa valon voimakkuuden himmeille eroille, minkä vuoksi hienovaraiset kohteet katoavat taustakohinaan.

Sitä vastoin ihmisen verkkokalvo voi dynaamisesti säätää herkkyyttään tarkentaakseen tietyille intensiteettialueille. Tämän "tarpeen mukaan" mukautuvan mekanismin jäljitteleminen kompakteissa elektronisissa laitteissa on osoittautunut vaikeaksi.

Tämän haasteen ratkaisemiseksi professorien SUN Dongmingin, LIU Chin ja akateemikko CHENG Huimingin johtamat tutkijat ammensivat suoraan inspiraatiota biologiasta. He integroivat erityisesti suunnitellun valoherkän rakenteen molybdeenidisulfiditransistorin (MoS₂) hilaan. Tämän suunnittelun keskeinen komponentti on heteroliitosdiodi, joka on valmistettu koskemattomasta MoS₂:sta ja happiplasmalla käsitellystä MoS₂:sta. Kuten ihmissilmän valoa vastaanottavat proteiinit, tämän diodin sähkönjohtavuus muuttuu dynaamisesti tulevan valon voimakkuuden mukaan.

Tämä muutos muuttaa transistorin sisäistä jännitejakaumaa, mikä mahdollistaa sen herkkyysikkunan tarkan virittämisen ulkoisella hilajännitteellä.

Näin ollen piirirakenne voidaan asettaa reagoimaan dramaattisesti vain ennalta valittuun, kapeaan valonvoimakkuuksien alueelle – jossa matalakontrastisen kohteen tunnusmerkki on – ja jättämään tehokkaasti huomiotta kirkkaamman tai himmeämmän taustamelun.

Kokeelliset tulokset ovat silmiinpistäviä. Perinteisiin valoilmaisimiin verrattuna tämä bioinspiroitunut laite saavuttaa yli 1 000-kertaisen herkkyyden parannuksen pienten valonvaihteluiden havaitsemisessa ja sillä on poikkeuksellinen kohinansieto.

Kuvantamismatriisiksi konfiguroituna teknologia ylittää selvästi perinteisten anturien suorituskyvyn. Se pystyy tunnistamaan vakaasti ja selkeästi kuvioita, joiden kontrasti on hyvin heikko taustaansa nähden. Tämä tasoittaa tietä seuraavan sukupolven kompakteille konenäköjärjestelmille, jotka pystyvät näkemään sen, minkä nykyteknologia helposti ohittaa.

Aiheesta aiemmin:

Bioinspiroidut materiaalit kestävät iskun

Sirkkakatkaravut mallina konenäölle

Parempaa näkökykyä roboteille