沙特研究團隊開發(fā)出新型電容式柔性光感器
沙特阿卜杜拉國王科技大學(KAUST)的一支研究團隊,剛剛在《光:科學與應用》期刊上發(fā)表了一篇文章,介紹了如何用鈣鈦礦材料來打造一種人造視網(wǎng)膜。其特點是能夠以與人眼類似的方式來檢測光,且測試設備甚至能夠用于識別手寫數(shù)字。 哺乳動物視網(wǎng)膜的視桿細胞 據(jù)悉,人類和其它哺乳動物的眼睛,都依賴于視網(wǎng)膜中的感光細胞來工作(視桿細胞和視錐細胞)。它們會吸收傳入的光子,并向大腦發(fā)送電信號。 柔性電容式感光器(CPRs)示意圖 在這項新研究中,KAUST 研究人員就致力于在人造設備中模擬該過程,但需要用到一種光吸收效率極高關鍵材料,比如被新一代光伏面板寄予厚望的鈣鈦礦。 CPRs 的響應,呈現(xiàn)出了與頻率之間的非相關性。 鈣鈦礦納米晶體被嵌入到了聚合物上,然后該層又被夾在兩個電極之間 —— 底部是鋁、頂部是氧化銦錫。上部電極被蝕刻,以允許光線通過鈣鈦礦層,從而形成所需的感光器陣列。 CPR 在不同強度 LED 照射下的瞬態(tài)響應(10kHz 測量),呈現(xiàn)可調諧與可重復性。 在聚酰亞胺基板上制成傳感器后,可讓設備彎曲稱所需的任何形狀(此處選擇了類似人類視網(wǎng)膜的形狀)。而后為了處理光輸入,感光器陣列又被連接到了一個 CMOS 傳感器和具有百個輸出神經(jīng)元的神經(jīng)網(wǎng)絡。 CPR 波長相關特性與可靠性 在 4 x 4 陣列的測試中,研究人員用各種顏色的 LED 燈來照射它。結果發(fā)現(xiàn)其具有與人眼非常相似的光學響應,對綠光尤為敏感。在另一項測試中,該系統(tǒng)甚至達成了 72% 的手寫數(shù)字識別率。 CPR 的工作機制與記憶效應研究 穩(wěn)定性方面,這套人造視網(wǎng)膜傳感器系統(tǒng)也相當出色。即使經(jīng)過了 129 周,其對光的響應也沒有任何變化。遺憾的是,盡管受生物學靈感啟發(fā),這種人造視網(wǎng)膜還是不太適合用于人體移植。 神經(jīng)元接口與輸出響應 |