A mesterséges intelligencia és az autonóm rendszerek fejlődése az utóbbi években növekvő érdeklődést váltott ki a mesterséges látórendszerek (AVS) iránt. A mesterséges látás lehetővé teszi a gépek számára, hogy „lássák”, értelmezzék és reagáljanak a körülöttük lévő világra, hasonlóan az emberekhez, amikor egy olyan helyzetre reagálunk, amelynek változását látjuk – például egy vezetés közben előttünk fékező autót.
Ezek a „gépszemek” kamerák és érzékelők segítségével rögzítik az őket körülvevő világ képeit. Komplex számítási algoritmusok dolgozzák fel ezeket a képeket, lehetővé téve a gépek számára, hogy valós időben elemezzék környezetüket, és reagáljanak bármilyen változásra vagy fenyegetésre (a tervezett alkalmazástól függően).
Az AVS-eket számos területen alkalmazták, beleértve az arcfelismerést, az autonóm járműveket és a vizuális protéziseket (mesterséges szemeket). Az autonóm járművekhez és a csúcstechnológiás alkalmazásokhoz használt AVS-ek jól beváltak. Az emberi test összetett természete azonban megnehezíti a vizuális protéziseket, mivel a legmodernebb AVS-ek nem rendelkeznek ugyanolyan szintű multifunkcionalitással és önszabályozással, mint az általuk utánzott biológiai megfelelők.
Sok manapság használatos AVS több komponenst igényel a működéséhez – nincs olyan fényérzékelő eszköz, amely több funkciót is elláthatna. Ez azt jelenti, hogy sok konstrukció bonyolultabb a kelleténél, így kereskedelmileg kevésbé kivitelezhetőek és nehezebben gyárthatók. Hanlin Wang, Yunqi Liu és kollégái a Kínai Tudományos Akadémia ma nanoklasztereket használnak, hogy többfunkciós fotoreceptorokat hozzanak létre biológiai protézisekhez, és beszámolnak eredményeikről Nature Communications.
A sáska garnélarák ihlette
A sáska garnélarák vizuális rendszere 16 fotoreceptort használ több feladat egyidejű elvégzésére, beleértve a színfelismerést, az adaptív látást és a körkörösen polarizált fény érzékelését. Mivel a természet gyakran képes olyan dolgokat megtenni, amelyekről a tudósok csak álmodozhattak szintetikus szinten, a biomimikri népszerű megközelítéssé vált. És mivel a sáska garnélarák természetes fotoreceptoraiban számos kívánatos tulajdonság van, a kutatók megpróbálták mesterségesen utánozni tulajdonságaikat nanoklaszterek segítségével.
A nanoklaszterek fématomok, amelyek védő ligandumokhoz kapcsolódnak. Ez egy testreszabható megközelítés, amely hangolható fizikai tulajdonságokat eredményez, például diszkrét energiaszinteket és a kvantumméret-hatások miatti nagy sávszélességeket. A nanoklaszterek kiváló foton-elektron konverziót is kínálnak, így ígéretes megközelítést jelentenek mesterséges fotoreceptor eszközök létrehozására.
„A nanoklaszterek a Moore-törvény folytatásának következő generációs anyagai” – mondja Wang. Fizika Világa. "Azonban az olyan alapvető tudományos kérdések, mint a nanoklaszter-alapú eszközök reprodukálható gyártása és a fotoelektromos viselkedés homályosak és feltáratlanok maradtak."
Mesterséges nanoklaszter fotoreceptor
A sáska garnélarák ihlette Wang és munkatársai nanocluster fotoreceptorokat hoztak létre, és kompakt, többfeladatos vizuális hardverként használták őket biológiai AVS-ekhez. "Ebben a kutatásban nanoklaszterbe ágyazott mesterséges fotoreceptorokat mutatunk be, amelyek egyesítik a fotoadaptációs képességet és a körkörös polarizált fénylátást" - magyarázza Wang.
Az AVS létrehozásához a csapat egy ostyaméretű nanoklaszter fotoreceptor tömböt állított elő, amely királis ezüst nanoklaszterek és egy szerves félvezető (pentacén) heterostruktúráján alapult. A nanoklaszterek mag-héj jellege lehetővé teszi, hogy az érzékelőn belüli töltéstartályként működjenek, hogy a mesterséges fotoreceptorok vezetőképességi szintjét egy könnyű szelepmechanizmuson keresztül hangolják. Ez lehetővé teszi a fotoreceptor rendszer számára, hogy meghatározza a beeső fotonok hullámhosszát és intenzitását.
Amikor a tömbön lévő szerves félvezető anyaggal érintkezik, ligandum által segített töltésátviteli folyamat megy végbe a nanoklaszter határfelületén. A mag-héj szerkezetben lévő védő ligandumok transzdukciós útvonalat biztosítanak, amely összeköti a nanoklasztereket a szerves félvezetővel. Ez a femtoszekundumos léptékű folyamat elősegíti mind a spektrumfüggő vizuális adaptációt, mind a körkörös polarizáció felismerését.
„Kifejeztük a nanoklaszter film és a szerves félvezetők közötti egységes interfész ostyaléptékű előállítását, amely alapvető fontosságú a nanoméretű lábnyomokkal rendelkező mesterséges fotoreceptorok nagy sűrűségű integrációjához” – mondja Wang.
A nanoklaszter és a szerves félvezető közötti interfész biztosítja az adaptív látást, lehetővé téve több funkció elérését hangolható kinetikájával. Ezenkívül a cirkuláris polarizációs információ is megszerezhető, mivel a nanoklaszterek királisak. Mint ilyen, a csapat nanoklasztereket fejlesztett ki, amelyek egyetlen fotodetektor rendszerben egyesítik a színlátást, a fotoadaptációt és a körkörös polarizációs látást.
A sáska garnélarák hiperspektrális és polarimetriás fényérzékelőt inspirál
Ez a képesség, hogy több látásfunkciót egyetlen rendszerben egyesítsen a biológiai felismerési alkalmazásokhoz, nehezen kivitelezhető, mivel a korábbi megközelítéseknél több komponensre kellett támaszkodniuk, hogy ugyanazt a munkát végezzék, mint ennek az egyetlen opto-elektronikus rendszernek. A csapat megközelítése segíthet egyszerűbb és robusztusabb vizuális hardver felépítésében a neuromorf eszközök és a biológiai látással kapcsolatos mesterséges intelligencia hardverekhez.
„A mesterséges nanoklaszter fotoreceptorok több vizuális funkciót is ellátnak egyetlen egységcellában” – mondja Hanlin. „Egyébként a fotoadaptáció 0.45 másodpercen belül kiváltható és végrehajtható, 99.75%-os pontossággal. Ez a legmagasabb teljesítmény a meglévő szakirodalomhoz képest, és felülmúlja az emberi vizuális rendszereket – ami körülbelül 1 perc”.
Ezt követően a kutatók arra törekednek, hogy a fotoadaptáció kapcsolási sebességét 0.45 s fölé növeljék a nanoklaszter/szerves félvezető interfészen. „A jövőben meg fogjuk vizsgálni a töltésátviteli dinamika jellemzőit, és gyorsabb nanoklaszterbe ágyazott neuromorf rendszereket állítunk elő” – összegzi Wang.
- SEO által támogatott tartalom és PR terjesztés. Erősödjön még ma.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Erősítse meg magát. Hozzáférés itt.
- PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Felerősített tudás. Hozzáférés itt.
- PlatoESG. Carbon, CleanTech, Energia, Környezet, Nap, Hulladékgazdálkodás. Hozzáférés itt.
- PlatoHealth. Biotechnológiai és klinikai vizsgálatok intelligencia. Hozzáférés itt.
- Forrás: https://physicsworld.com/a/shrimp-inspired-nanoclusters-enable-multifunctional-artificial-vision-systems/
