沙特研究团队开发出新型电容式柔性光感器
沙特阿卜杜拉国王科技大学（KAUST）的一支研究团队，刚刚在《光：科学与应用》期刊上发表了一篇文章，介绍了如何用钙钛矿材料来打造一种人造视网膜。其特点是能够以与人眼类似的方式来检测光，且测试设备甚至能够用于识别手写数字。 +lw*/\7
rz.`$
[attachment=111128] @T&w
n k
哺乳动物视网膜的视杆细胞 ~o8x3`CoF
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。 X?n($z/ {
q;9OqArq
[attachment=111129] T!QAc O
柔性电容式感光器（CPRs）示意图 ,*g.?q@W2
在这项新研究中，KAUST 研究人员就致力于在人造设备中模拟该过程，但需要用到一种光吸收效率极高关键材料，比如被新一代光伏面板寄予厚望的钙钛矿。 !'8jy_<9
I$JyAj
[attachment=111130] zI.:1(,
CPRs 的响应，呈现出了与频率之间的非相关性。 0 1: (QJ
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。 D@`"99z
t^8|t(Lq
[attachment=111131] $(&+NJ$U$
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。 H<ZXe!q(nx
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。 c[;=7-+
l ` ?4O
[attachment=111132] z?. XVk-
CPR 波长相关特性与可靠性 ?HP{>l0r
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。 tW"s^r=95
]vZ}4Xno
[attachment=111133] uF<\|y rFt
CPR 的工作机制与记忆效应研究 {/K!cPp9
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。 Fz^5cx mw
T,5(JP(h3
[attachment=111134] vze|*dKS
神经元接口与输出响应 G'WbXX
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。 :}[ D;cx
A5%cgr% 6
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。 (zIF2qY
Sbjc8V ut
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。 [ G7S
~uh,R-Q$
相关链接：https://www.nature.com/articles/s41377-021-00686-4
|
