Tehisintellekti ja autonoomsete süsteemide edusammud on viimastel aastatel tekitanud kasvavat huvi tehisnägemissüsteemide (AVS) vastu. Kunstlik nägemine võimaldab masinatel ümbritsevat maailma "näha", tõlgendada ja sellele reageerida, sarnaselt inimestele, kui reageerime olukorrale, mille muutumist näeme – näiteks sõidu ajal meie ees pidurdav auto.
Need "masina silmad" jäädvustavad kaamerate ja andurite abil pilte ümbritsevast maailmast. Seejärel töötlevad keerulised arvutusalgoritmid neid pilte, võimaldades masinatel reaalajas oma ümbrust analüüsida ja reageerida mis tahes muudatustele või ohtudele (olenevalt nende kavandatavast rakendusest).
AVS-e on kasutatud paljudes valdkondades, sealhulgas näotuvastuses, autonoomsetes sõidukites ja visuaalsetes proteesides (kunstlikud silmad). Autonoomsete sõidukite ja kõrgtehnoloogiliste rakenduste AVS-id on hästi välja kujunenud. Inimkeha keerukas olemus muudab visuaalse proteesimise aga keerukamaks, sest tipptasemel AVS-idel ei ole sama multifunktsionaalsuse ja eneseregulatsiooni taset kui bioloogilistel analoogidel, mida nad jäljendavad.
Paljud tänapäeval kasutatavad AVS-id nõuavad toimimiseks mitut komponenti – pole ühtegi fotoretseptiivset seadet, mis suudaks täita mitut funktsiooni. See tähendab, et paljud disainilahendused on keerulisemad, kui nad peaksid olema, muutes need kaubanduslikult vähem teostatavaks ja raskemini valmistatavad. Hanlin Wang, Yunqi Liu ja kolleegid Hiina Teaduste Akadeemia kasutavad nüüd nanoklastreid, et luua bioloogiliste proteeside jaoks multifunktsionaalseid fotoretseptoreid, teatades oma leidudest Nature Communications.
Inspireeritud mantiskrevetist
Mantiskreveti visuaalne süsteem kasutab 16 fotoretseptorit, et täita samaaegselt mitut ülesannet, sealhulgas värvide tuvastamine, kohanduv nägemine ja ringpolariseeritud valguse tajumine. Kuna loodus suudab sageli teha asju, millest teadlased võisid vaid unistada sünteetilisel tasandil, on biomimikrist saanud populaarne lähenemisviis. Ja kuna mantiskrevettide loomulikes fotoretseptorites on palju soovitavaid omadusi, on teadlased püüdnud nende omadusi nanoklastrite abil kunstlikult jäljendada.
Nanoklastrid on metalliaatomid, mis on kinnitatud kaitsvate ligandide külge. See on kohandatav lähenemine, mis tekitab häälestatavaid füüsikalisi omadusi, nagu diskreetsed energiatasemed ja suured ribalaiused kvantsuuruse efektide tõttu. Nanoklastrid pakuvad ka suurepärast footoni-elektroni konversiooni, muutes need paljulubavaks lähenemisviisiks kunstlike fotoretseptori seadmete loomiseks.
"Nanoklastreid peetakse järgmise põlvkonna materjalideks Moore'i seaduse jätkamiseks," ütleb Wang. Füüsika maailm. "Kuid põhilised teaduslikud küsimused, nagu nanoklastripõhiste seadmete reprodutseeritav valmistamine ja fotoelektriline käitumine, on jäänud ebaselgeks ja uurimata."
Tehislik nanoklastri fotoretseptor
Mantiskrevetist inspireerituna lõi Wang ja kolleegid nanoklastri fotoretseptorid ja kasutasid neid bioloogiliste AVS-ide jaoks kompaktse, mitme ülesandega nägemise riistvarana. "Selles uurimistöös tutvustame nanoklastritesse manustatud kunstlikke fotoretseptoreid, mis ühendavad fotoadaptatsiooni ja ümmarguse polariseeritud valguse nägemise, " selgitab Wang.
AVS-i loomiseks valmistas meeskond kiraalsete hõbeda nanoklastrite heterostruktuuril ja orgaanilisel pooljuhil (pentatseenil) põhineva vahvlimõõtmelise nanoklastri fotoretseptori massiivi. Nanoklastrite südamiku ja kesta olemus võimaldab neil toimida andurisisese laengureservuaarina, et häälestada tehisfotoretseptorite juhtivuse taset kerge klapimehhanismi kaudu. See võimaldab fotoretseptorite süsteemil määrata nii langevate footonite lainepikkust kui ka intensiivsust.
Kui liidestatakse massiivi orgaanilise pooljuhtmaterjaliga, toimub nanoklastri liideses ligandi abil laengu ülekandeprotsess. Südamiku ja kesta struktuuris olevad kaitsvad ligandid pakuvad transduktsioonirada, mis seob nanoklastrid orgaanilise pooljuhiga. See femtosekundi skaala protsess hõlbustab nii spektrist sõltuvat visuaalset kohanemist kui ka ringpolarisatsiooni tuvastamist.
"Oleme käsitlenud nanoklastri kile ja orgaaniliste pooljuhtide vahelise ühtse liidese valmistamist vahvlimahus, mis on põhialuseks kunstlike fotoretseptorite suure tihedusega integreerimiseks nanomõõtmeliste jalajälgedega, " ütleb Wang.
Nanoklastri ja orgaanilise pooljuhi vaheline liides tagab adaptiivse nägemise, võimaldades häälestatava kineetikaga saavutada mitmeid funktsioone. Lisaks on võimalik saada ringpolarisatsiooniteavet, kuna nanoklastrid on kiraalsed. Sellisena on meeskond välja töötanud nanoklastrid, mis ühendavad värvinägemise, fotoadaptatsiooni ja ringpolarisatsiooni nägemise üheks fotodetektorisüsteemiks.
Mantiskrevett inspireerib hüperspektraalset ja polarimeetrilist valgusandurit
Seda võimalust kombineerida mitut nägemisfunktsiooni üheks süsteemiks bioloogiliste tuvastamisrakenduste jaoks on raske saavutada, kuna varasemad lähenemisviisid pidid toetuma mitmele komponendile, et teha sama tööd kui see üksainus optoelektrooniline süsteem. Meeskonna lähenemisviis võib aidata luua lihtsamat ja tugevamat nägemisriistvara neuromorfsete seadmete ja bioloogilise nägemisega seotud tehisintellekti riistvara jaoks.
"Kunstlikud nanoklastri fotoretseptorid täidavad kõik-ühes mitut visuaalset funktsiooni ühes rakus, " ütleb Hanlin. "Nende hulgas saab fotoadaptatsiooni käivitada ja teostada 0.45 sekundi jooksul, mille täpsus ulatub 99.75% -ni. See on kõrgeim jõudlus võrreldes olemasoleva kirjandusega ja ületab inimese visuaalseid süsteeme – mis on umbes 1 min.
Järgmisena on teadlaste eesmärk suurendada fotoadaptatsiooni lülituskiirust üle 0.45, XNUMX s nanoklastri / orgaanilise pooljuhi liideses. "Tulevikus uurime laenguülekande dünaamika omadusi ja toodame kiiremaid nanoklastritesse manustatud neuromorfseid süsteeme, " järeldab Wang.
- SEO-põhise sisu ja PR-levi. Võimenduge juba täna.
- PlatoData.Network Vertikaalne generatiivne Ai. Jõustage ennast. Juurdepääs siia.
- PlatoAiStream. Web3 luure. Täiustatud teadmised. Juurdepääs siia.
- PlatoESG. Süsinik, CleanTech, Energia, Keskkond päikeseenergia, Jäätmekäitluse. Juurdepääs siia.
- PlatoTervis. Biotehnoloogia ja kliiniliste uuringute luureandmed. Juurdepääs siia.
- Allikas: https://physicsworld.com/a/shrimp-inspired-nanoclusters-enable-multifunctional-artificial-vision-systems/
