Les chercheurs de Penn State ont créé un nouvel appareil qui produit des images en imitant les photorécepteurs rouges, verts et bleus et le réseau de neurones trouvés dans l'œil humain. Selon Kai Wang, professeur adjoint de recherche au Département de science et d'ingénierie des matériaux de Penn State, « nous avons emprunté une conception à la nature : nos rétines contiennent des cellules coniques sensibles à la lumière rouge, verte et bleue et un réseau de neurones qui commence à traiter ce que nous voyons. avant même que l'information ne soit transmise à notre cerveau. »
"Le monde coloré que nous pouvons voir est le résultat de ce processus naturel."
Pour y parvenir dans un dispositif artificiel, les chercheurs ont développé un nouveau réseau de capteurs constitués de photodétecteurs à pérovskite à bande étroite similaires à nos cellules coniques. Ils l'ont combiné avec un algorithme neuromorphique similaire à notre réseau de neurones pour traiter les données et générer des images très précises.
Les photodétecteurs sont essentiels pour les caméras et de nombreux autres dispositifs optiques car ils convertissent l'énergie lumineuse en impulsions électriques. Selon les chercheurs, les rouges, les verts et les bleus qui composent la lumière visible ne sont que quelques exemples de régions du spectre lumineux qui peuvent être focalisées à l'aide de photodétecteurs à bande étroite.
Selon Wang, dans ce travail, nous avons développé une méthode révolutionnaire pour créer un matériau pérovskite sensible à une seule longueur d'onde de lumière. "Nous avons développé trois matériaux pérovskites différents qui ne sont sensibles qu'aux longueurs d'onde rouges, vertes ou bleues", explique l'auteur.
Selon les experts, cette technologie pourrait être un moyen d'éviter l'utilisation de filtres dans les caméras modernes qui réduisent la résolution, augmentent les coûts et compliquent les processus de production.
Les caméras utilisent des photodétecteurs au silicium qui absorbent la lumière mais ne peuvent pas distinguer les teintes. La lumière rouge, verte et bleue est séparée par un filtre externe qui ne permet qu'à une seule couleur d'entrer dans chaque zone du capteur de lumière et gaspille les deux tiers de la lumière incidente.
« Certaines informations sont perdues lorsque la lumière est filtrée, mais grâce à notre conception, cela peut être évité. Par conséquent, nous pensons que ce travail peut représenter une méthode potentielle de détection par caméra qui peut aider à atteindre une résolution spatiale plus élevée.
Selon les chercheurs, les nouveaux appareils génèrent de l'énergie tout en absorbant la lumière grâce à l'utilisation de matériaux pérovskites, ouvrant potentiellement la voie à une technologie de caméra sans batterie.
Selon Luyao Zheng, chercheur postdoctoral à Penn State, "la structure de l'appareil est similaire aux cellules solaires qui utilisent la lumière pour produire de l'électricité". "Lorsque vous braquez une lumière dessus, cela produira un courant. Nous n'avons pas besoin d'utiliser de l'énergie pour recueillir ces informations à partir de la lumière, tout comme nos yeux le font.
Grâce à ces recherches, de nouveaux progrès peuvent être réalisés dans la biotechnologie des rétines artificielles. Selon les chercheurs, des appareils basés sur cette technique pourraient un jour être utilisés pour remplacer les cellules endommagées ou mortes de nos yeux afin de restaurer la vision.
Les chercheurs écrivent dans la revue Science Advances que les découvertes reflètent de multiples avancées importantes dans le développement de dispositifs de photodétection à bande étroite de pérovskite, de la synthèse des matériaux à la conception des dispositifs et à l'innovation des systèmes.
Les pérovskites sont des semi-conducteurs qui produisent des paires électron-trou lorsque la lumière les frappe. Les courants électriques sont produits en envoyant ces électrons et ces trous dans des directions opposées.
Dans les pérovskites à couches minces de cette étude, les trous traversent le matériau plus rapidement que les électrons, qui présentent une instabilité significative dans le transport électron-trou. En ajustant l'architecture, ou la façon dont les couches sont empilées, dans les pérovskites instables, les chercheurs ont découvert qu'ils pouvaient exploiter des propriétés qui permettraient aux matériaux de fonctionner comme des photodétecteurs à bande étroite.
Ces matériaux ont été utilisés pour fabriquer un réseau de capteurs et un projecteur a été utilisé pour éclairer une image à travers l'appareil. Pour le traitement du signal et la reconstruction d'image, les données des couches rouge, verte et bleue ont été entrées dans un algorithme neuromorphique à trois sous-couches. Un type de technologie informatique connu sous le nom d'algorithmes neuromorphiques vise à imiter le fonctionnement du cerveau humain.
Wang a ajouté qu'ils avaient essayé diverses méthodes de traitement des données. « Nous avons essayé de combiner directement les trois signaux de couche de couleur, mais le résultat n'était pas très clair. Cependant, lorsque nous appliquons ce traitement neuromorphique, l'image ressemble beaucoup plus à l'original.
Déclarant que le programme est similaire au réseau neuronal trouvé dans la rétine humaine, les chercheurs ont déclaré que leurs découvertes pourraient donc jeter un nouvel éclairage sur l'importance de ces réseaux neuronaux pour la vision.
Selon Wang, en combinant notre appareil et cette méthode, nous pouvons montrer que la capacité du réseau neuronal est cruciale dans le traitement visuel de l'œil humain.
Source : techxplore.com/news
Günceleme: 13/05/2023 21:58