Penn State araştırmacıları, insan gözünde bulunan kırmızı, yeşil ve mavi fotoreseptörleri ve sinir ağını taklit ederek görseller üreten yeni bir aygıt yarattı. Penn State Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Bölümü’nde yardımcı araştırma profesörü olan Kai Wang’a göre, “doğadan bir tasarım ödünç aldık – retinalarımız kırmızı, yeşil ve mavi ışığa duyarlı koni hücreleri ve bilgi beynimize iletilmeden önce bile gördüklerimizi işlemeye başlayan bir sinir ağı içeriyor.”
“Görebildiğimiz renkli dünya bu doğal sürecin bir sonucudur.”
Araştırmacılar bunu yapay bir cihazda gerçekleştirmek için koni hücrelerimize benzeyen dar bant perovskit fotodedektörlerden oluşan yeni bir sensör dizisi geliştirdiler. Verileri işlemek ve yüksek doğrulukta görüntüler oluşturmak için sinir ağımıza benzeyen nöromorfik bir algoritma ile birleştirdiler.
Fotodetektörler, ışık enerjisini elektrik darbelerine dönüştürdükleri için kameralar ve diğer birçok optik cihaz için çok önemlidir. Araştırmacılara göre, görünür ışığı oluşturan kırmızılar, yeşiller ve maviler, dar bant fotodedektörler kullanılarak odaklanılabilecek ışık spektrumu bölgelerine sadece birkaç örnektir.
Wang’a göre, bu çalışmada ışığın sadece bir dalga boyuna duyarlı perovskit malzeme oluşturmak için devrim niteliğinde bir yöntem geliştirdik. Yazar, “Sadece kırmızı, yeşil veya mavi dalga boylarına duyarlı üç farklı perovskit malzeme geliştirdik” diyor.
Uzmanlara göre bu teknoloji, modern kameralarda çözünürlüğü düşüren, maliyetleri artıran ve üretim süreçlerini karmaşıklaştıran filtrelerin kullanılmasından kaçınmak için bir yöntem olabilir.
Kameralar, ışığı emen ancak tonlar arasında ayrım yapamayan silikon fotodetektörler kullanır. Kırmızı, yeşil ve mavi ışık, ışık sensörünün her bir alanına yalnızca bir rengin girmesine izin veren ve gelen ışığın üçte ikisini boşa harcayan harici bir filtre ile ayrılır.
“Işık filtrelendiğinde bazı bilgiler kaybolur, ancak bizim tasarımımızla bu durum önlenebilir. Bu nedenle, bu çalışmanın daha yüksek bir uzaysal çözünürlük elde edilmesine yardımcı olabilecek potansiyel bir kamera algılama yöntemini temsil edebileceğini düşünüyoruz.
Araştırmacılara göre yeni cihazlar, perovskit malzemelerin kullanımı nedeniyle ışığı emerken güç de üretiyor ve potansiyel olarak pilsiz kamera teknolojisinin önünü açıyor.
Penn State’de doktora sonrası araştırmacı olan Luyao Zheng’e göre, “cihaz yapısı elektrik üretmek için ışık kullanan güneş pillerine benziyor.” “Üzerine ışık tuttuğunuzda bir akım üretecektir. Tıpkı gözlerimizin yaptığı gibi ışıktan bu bilgiyi toplamak için enerji kullanmamıza gerek yok.
Bu araştırma sonucunda yapay retinalarla ilgili biyoteknolojide daha fazla ilerleme kaydedilebilir. Araştırmacılara göre, bu tekniğe dayalı cihazlar bir gün görme yetisini geri kazanmak amacıyla gözlerimizdeki hasarlı veya ölü hücrelerin yerini almak için kullanılabilir.
Araştırmacılar Science Advances dergisinde, keşiflerin perovskit dar bant fotodeteksiyon cihazlarının geliştirilmesinde malzeme sentezinden cihaz tasarımına ve sistem inovasyonuna kadar çok sayıda önemli ilerlemeyi yansıttığını yazıyor.
Perovskitler, ışık çarptığında elektron deliği çiftleri üreten yarı iletkenlerdir. Elektrik akımları, bu elektron ve deliklerin zıt yönlere gönderilmesiyle üretilir.
Bu çalışmanın ince film perovskitlerinde delikler, elektron-delik taşınımında önemli ölçüde dengesizliğe sahip olan elektronlardan daha hızlı bir şekilde malzemenin içinden akmaktadır. Araştırmacılar, dengesiz perovskitlerde mimariyi veya katmanların nasıl istiflendiğini ayarlayarak, malzemelerin dar bant fotodetektörler olarak işlev görmesini sağlayacak özellikleri kullanabileceklerini keşfettiler.
Bu malzemeler bir sensör dizisi yapmak için kullanıldı ve aparat aracılığıyla bir görüntüyü aydınlatmak için bir projektör kullanıldı. Sinyal işleme ve görüntünün yeniden yapılandırılması için kırmızı, yeşil ve mavi katmanlardan gelen veriler üç alt katmanlı bir nöromorfik algoritmaya girildi. Nöromorfik algoritmalar olarak bilinen bir tür bilgi işlem teknolojisi, insan beyninin nasıl çalıştığını taklit etmeyi amaçlamaktadır.
Wang, çeşitli veri işleme yöntemlerini denediklerini de sözlerine ekledi. “Üç renk katmanı sinyalini doğrudan birleştirmeyi denedik, ancak sonuç çok belirgin değildi. Ancak, bu nöromorfik işlemeyi uyguladığımızda görüntü orijinaline çok daha fazla benziyor.
Programın insan retinasında bulunan sinir ağına benzediğini belirten araştırmacılar, bu nedenle bulgularının bu sinir ağlarının görme için önemine yeni bir ışık tutabileceğini söyledi.
Wang’a göre, cihazımızı ve bu yöntemi birleştirerek sinir ağı yeteneğinin insan gözündeki görsel işlemede çok önemli olduğunu gösterebiliriz.
Kaynak: techxplore.com/news
