Investigadores de la Universidad Estatal de Georgia han diseñado con éxito un nuevo tipo de dispositivo de visión artificial que incorpora una nueva arquitectura de apilamiento vertical y permite una mayor profundidad de reconocimiento de color y escalabilidad a nivel micro. La nueva investigación se publica en la revista principal ACS Nano.
«Este trabajo es el primer paso hacia nuestro destino final: desarrollar una cámara a microescala para microrobots», dice el profesor asistente de Física Sidong Lei, quien dirigió la investigación. «Ilustramos el principio fundamental y la viabilidad de construir este nuevo tipo de sensor de imagen con énfasis en la miniaturización».
El equipo de Lei pudo sentar las bases para el dispositivo biomimético de visión artificial, que utiliza métodos sintéticos para imitar procesos bioquímicos, utilizando nanotecnología.
«Es bien sabido que más del 80 por ciento de la información es captada por la visión en la investigación, la industria, la medicación y nuestra vida diaria», dice. «El propósito final de nuestra investigación es desarrollar una cámara a microescala para microrobots que puedan ingresar a espacios estrechos que son intangibles por los medios actuales y abrir nuevos horizontes en diagnóstico médico, estudio ambiental, fabricación, arqueología y más».
Este «ojo eléctrico» biomimético avanza en el reconocimiento de color, la función de visión más crítica, que se pierde en la investigación actual debido a la dificultad de reducir la escala de los dispositivos de detección de color predominantes. Los sensores de color convencionales suelen adoptar un diseño de canal de detección de color lateral y consumen una gran cantidad de espacio físico y ofrecen una detección de color menos precisa.
Los investigadores desarrollaron la técnica de apilamiento única que ofrece un enfoque novedoso para el diseño de hardware. Él dice que la estructura de detección de color vertical potenciada por semiconductores de van der Waals ofrece una capacidad de reconocimiento de color precisa que puede simplificar el diseño del sistema de lentes ópticos para la reducción de escala de los sistemas de visión artificial.
Ningxin Li, estudiante de posgrado en el Estudio de Materiales Funcionales del Dr. Lei que formó parte del equipo de investigación, dice que los avances tecnológicos recientes hacen posible el nuevo diseño.
«La nueva funcionalidad lograda en nuestra arquitectura de sensor de imagen depende del rápido progreso de los semiconductores de van der Waals durante los últimos años», dice Li. «En comparación con los semiconductores convencionales, como el silicio, podemos controlar con precisión la estructura de la banda del material de van der Waals, el grosor y otros parámetros críticos para detectar los colores rojo, verde y azul».
El sensor de color vertical potenciado por semiconductores de van der Waals (vdW-Ss) representa una nueva clase de materiales, en los que las capas atómicas individuales están unidas por fuerzas débiles de van der Waals. Constituyen una de las plataformas más destacadas para descubrir nueva física y diseñar dispositivos de próxima generación.
«La ultradelgadez, la flexibilidad mecánica y la estabilidad química de estos nuevos materiales semiconductores nos permiten apilarlos en órdenes arbitrarios. Por lo tanto, en realidad estamos introduciendo una estrategia de integración tridimensional en contraste con el diseño microelectrónico planar actual. El una mayor densidad de integración es la razón principal por la que la arquitectura de nuestro dispositivo puede acelerar la reducción de escala de las cámaras», dice Li.
Actualmente, la tecnología está pendiente de patente con la Oficina de Transferencia y Comercialización de Tecnología (OTTC) del Estado de Georgia. OTTC anticipa que este nuevo diseño será de gran interés para ciertos socios de la industria. «Esta tecnología tiene el potencial de superar algunos de los principales inconvenientes observados con los sensores actuales», dice el director de OTTC, Cliff Michaels. «A medida que la nanotecnología avance y los dispositivos se vuelvan más compactos, estos sensores de color más pequeños y altamente sensibles serán increíblemente útiles».
Los investigadores creen que el descubrimiento podría incluso generar avances para ayudar a las personas con problemas de visión algún día.
«Esta tecnología es crucial para el desarrollo de ojos electrónicos biomiméticos y también de otros dispositivos protésicos neuromórficos», dice Li. «La función de detección de color y reconocimiento de imágenes de alta calidad puede brindar nuevas posibilidades de percepción de elementos coloridos para las personas con discapacidad visual en el futuro».
Lei dice que su equipo continuará impulsando estas tecnologías avanzadas utilizando lo que han aprendido de este descubrimiento.
«Este es un gran paso adelante, pero aún enfrentamos desafíos científicos y técnicos por delante, por ejemplo, la integración a escala de obleas. Los sensores de imagen comerciales pueden integrar millones de píxeles para brindar imágenes de alta definición, pero esto no se ha implementado en nuestro prototipo todavía», dice. «Esta integración de dispositivos semiconductores de van der Waals a gran escala es actualmente un desafío crítico que toda la sociedad de investigación debe superar. Junto con nuestros colaboradores a nivel nacional, nuestro equipo está dedicando nuestros esfuerzos».