28 september 2023 (Nanowerk-schijnwerper) Het menselijk zicht biedt een model voor gevorderden kunstmatige intelligentiesystemen die visuele informatie kunnen waarnemen en begrijpen. Conventionele elektronica is echter afhankelijk van het combineren van afzonderlijke lichtsensoren, geheugeneenheden en logische circuits om te proberen menselijke visuele vermogens te repliceren. Deze uit meerdere componenten bestaande aanpak vergroot de omvang en complexiteit en beperkt tegelijkertijd hoe goed het kunstmatige systeem biologische visie kan nabootsen. Om deze beperkingen te overwinnen, hebben onderzoekers gezocht naar geïntegreerde technologieën die licht absorberen, visuele representaties opslaan en afbeeldingen verwerken binnen afzonderlijke apparaten. Onlangs heeft een team uit China een nieuw materiaal met dubbele functie ontwikkeld, genaamd a perovskiet waarmee aanzienlijke stappen in de richting van dit doel worden gezet. In één geïntegreerde eenheid kan de perovskiet zowel licht detecteren als visuele patronen onthouden die zijn geïnspireerd door het menselijk zicht. Dit onderzoek gaat de uitdaging aan om sleutelaspecten van biologisch zicht te distilleren in een gestroomlijnd kunstmatig systeem. De bevindingen zijn gepubliceerd in Geavanceerde materialen (“Een dubbelfunctionele perovskiet-gebaseerde fotodetector en memristor voor visueel geheugen”).
a) Schematische weergave van het menselijke visuele systeem toen de Z-vorm door de ogen werd waargenomen. b) Schematische weergave van de lichtroute en de bijbehorende trackopnameresultaten (50 x 50 µm voor elke afzonderlijke pixel). c) Schematische weergave van het foto-elektrisch schrijven en de bijbehorende gegevensopslagresultaten. d) Schematische voorstelling van 4 × 4 arrays Au/Ag – Cs3Sb2I9–ITO-apparaten (indiumtinoxidefilms) met dubbele functionaliteit. e) Het fotobeeldresultaat van het apparaat (lichtintensiteit: 2.34 mW cm-2). f, g) Gegevensopslag en vormgeheugen van het beeld voor en na 60 minuten. h) Het resultaat van de array na reset. i) Fotobeeldresultaat van het apparaat na het resetten. (Herdrukt met toestemming door Wiley-VCH Verlag) Het menselijk brein integreert visuele input van de ogen met geheugencentra die de informatie opslaan. Het kunstmatig repliceren van dit proces is echter een uitdaging, omdat het de integratie van lichtsensoren, geheugencomponenten en logische circuits in één systeem vereist. Het nieuwe perovskietapparaat overwint deze barrière door zowel lichtdetectie als geheugenopslagmogelijkheden te combineren. Perovskieten komen naar voren als veelbelovende materialen voor opto-elektronische toepassingen vanwege hun superieure lichtabsorptie-eigenschappen en fabricagegemak. De onderzoekers maakten gebruik van deze voordelen om een apparaat met dubbele functie te creëren met behulp van loodvrije cesium-antimoonjodide-perovskiet-microplaten. Een van de functies van het apparaat is het detecteren van licht. Stel je de perovskiet-microplaat voor als een superefficiënte spons, maar dan voor licht in plaats van voor water. Het kan licht absorberen van een breed scala aan kleuren die we met onze ogen kunnen zien. Wanneer hij wordt gebruikt als onderdeel van een lichtdetectieopstelling, presteert hij buitengewoon goed. Om je een idee te geven, laten we het hebben over 'lichtresponsiviteit'. Zie dit als het vermogen van het apparaat om op licht te reageren. Een hogere responsiviteit betekent dat het zeer lage lichtniveaus kan detecteren en hierop kan reageren, waardoor het zeer gevoelig is. Dit perovskietapparaat vertoont een lichtresponsiviteit van 276 mA/W bij een bepaalde kleur groen licht, wat een maatstaf is die ver boven veel andere lichtdetectieapparaten ligt. Nu over 'detectiveerbaarheid'. Deze term verwijst naar hoe goed het apparaat een zwak lichtsignaal kan oppikken in de aanwezigheid van achtergrondgeluid, net zoals het horen van gefluister in een drukke kamer. Hoe hoger de detectiviteit, hoe beter het is in het detecteren van zwakke signalen. Dit apparaat beschikt over een detectievermogen van 4.7 × 1011 Jones, die opnieuw zijn superieure prestaties laat zien in vergelijking met de meeste andere lichtdetectoren. De tweede functie is niet-vluchtige geheugenopslag. De perovskiet fungeert als een memristor, een type resistief willekeurig toegankelijk geheugen. Door een kleine spanning van slechts 0.15 V aan te leggen, kan de weerstandstoestand van de perovskiet-memristor van hoog naar laag worden geschakeld. Deze overgang komt overeen met het schrijven van een geheugenbit. Het apparaat behoudt de geschreven status meer dan 7,000 seconden zonder kwaliteitsverlies, waardoor betrouwbare visuele informatieopslag op lange termijn mogelijk is. Dankzij de memristieve eigenschappen kunnen visuele patronen die door de perovskiet worden gedetecteerd, worden onthouden en later op verzoek worden opgehaald. Opmerkelijk is dat de dubbele lichtdetectie- en geheugenmogelijkheden worden bereikt in één enkel geïntegreerd apparaat. De onderzoekers demonstreerden een 4x4-array van pixels die een bewegende lichtbron konden detecteren, het verlichtingspatroon konden vastleggen, het beeld konden onthouden en het later op verzoek konden ophalen. Dit bootst na hoe het menselijke zicht een scène waarneemt en slaat deze op in de geheugencentra van de hersenen. De opgeslagen visuele patronen konden op betrouwbare wijze worden gewist en herschreven, wat de herbruikbaarheid van de perovskiethardware benadrukte. De combinatie van uitstekende fotodetectieprestaties met veelzijdige visuele geheugencapaciteit in één enkel apparaat vertegenwoordigt een aanzienlijke vooruitgang ten opzichte van eerdere technologieën. De onderzoekers leggen de werkingsprincipes uit die de dubbele functionaliteit mogelijk maken. De perovskiet-microplaatstructuur en het energiebandontwerp bevorderen een efficiënte lichtabsorptie en ladingstransport, wat ten grondslag ligt aan het sterke fotodetectiegedrag. Aan de geheugenkant mobiliseren spanningsstimuli ionen in de perovskiet om geleidende filamenten te vormen en te scheuren. Deze schakelt de weerstand en programmeert de geheugenstatus. Vergeleken met conventioneel resistief willekeurig toegankelijk geheugen vertoont de perovskietversie een ultralaag energieverbruik tot 3×10-11 W. De lage programmeerenergie, gekoppeld aan hoogwaardige lichtdetectie, maakt de nieuwe technologie zeer geschikt voor toepassingen zoals kunstmatige neurale netwerken met laag vermogen die tot doel hebben biologische visie en leren na te bootsen. Vooruitkijkend zou de integratie van fotodetectie, geheugen en verwerking in afzonderlijke perovskietapparaten compacte camera-achtige systemen mogelijk kunnen maken. Door de noodzaak te elimineren om afzonderlijke sensoren, geheugeneenheden en logische componenten te combineren, biedt de aanpak een route naar sterk geïntegreerde platforms voor visuele registratie en kunstmatige intelligentie. De onderzoekers benadrukken dat de loodvrije samenstelling deze technologie veiliger en duurzamer maakt dan conventionele perovskietformuleringen die lood bevatten. Het overbrengen van het concept naar andere loodvrije perovskieten zou de reikwijdte van toegankelijke golflengten en afstembare eigenschappen verder kunnen uitbreiden. Over het geheel genomen biedt deze perovskiet visuele geheugentechnologie met dubbele functie een nieuwe blauwdruk voor geavanceerde lichtdetectie- en informatiesystemen. Door belangrijke aspecten van het menselijk zicht in een geïntegreerd apparaat te repliceren, opent het opwindende mogelijkheden voor technologieën zoals elektronische ogen, visuele neurale netwerken en andere biomimetische toepassingen. De combinatie van nuttige prestatiegegevens met veelzijdigheid en fabricagegemak illustreert het aanzienlijke potentieel van perovskieten om toekomstige opto-elektronische ontwikkelingen te ondersteunen.
By
Michael
Berger
a) Schematische weergave van het menselijke visuele systeem toen de Z-vorm door de ogen werd waargenomen. b) Schematische weergave van de lichtroute en de bijbehorende trackopnameresultaten (50 x 50 µm voor elke afzonderlijke pixel). c) Schematische weergave van het foto-elektrisch schrijven en de bijbehorende gegevensopslagresultaten. d) Schematische voorstelling van 4 × 4 arrays Au/Ag – Cs3Sb2I9–ITO-apparaten (indiumtinoxidefilms) met dubbele functionaliteit. e) Het fotobeeldresultaat van het apparaat (lichtintensiteit: 2.34 mW cm-2). f, g) Gegevensopslag en vormgeheugen van het beeld voor en na 60 minuten. h) Het resultaat van de array na reset. i) Fotobeeldresultaat van het apparaat na het resetten. (Herdrukt met toestemming door Wiley-VCH Verlag) Het menselijk brein integreert visuele input van de ogen met geheugencentra die de informatie opslaan. Het kunstmatig repliceren van dit proces is echter een uitdaging, omdat het de integratie van lichtsensoren, geheugencomponenten en logische circuits in één systeem vereist. Het nieuwe perovskietapparaat overwint deze barrière door zowel lichtdetectie als geheugenopslagmogelijkheden te combineren. Perovskieten komen naar voren als veelbelovende materialen voor opto-elektronische toepassingen vanwege hun superieure lichtabsorptie-eigenschappen en fabricagegemak. De onderzoekers maakten gebruik van deze voordelen om een apparaat met dubbele functie te creëren met behulp van loodvrije cesium-antimoonjodide-perovskiet-microplaten. Een van de functies van het apparaat is het detecteren van licht. Stel je de perovskiet-microplaat voor als een superefficiënte spons, maar dan voor licht in plaats van voor water. Het kan licht absorberen van een breed scala aan kleuren die we met onze ogen kunnen zien. Wanneer hij wordt gebruikt als onderdeel van een lichtdetectieopstelling, presteert hij buitengewoon goed. Om je een idee te geven, laten we het hebben over 'lichtresponsiviteit'. Zie dit als het vermogen van het apparaat om op licht te reageren. Een hogere responsiviteit betekent dat het zeer lage lichtniveaus kan detecteren en hierop kan reageren, waardoor het zeer gevoelig is. Dit perovskietapparaat vertoont een lichtresponsiviteit van 276 mA/W bij een bepaalde kleur groen licht, wat een maatstaf is die ver boven veel andere lichtdetectieapparaten ligt. Nu over 'detectiveerbaarheid'. Deze term verwijst naar hoe goed het apparaat een zwak lichtsignaal kan oppikken in de aanwezigheid van achtergrondgeluid, net zoals het horen van gefluister in een drukke kamer. Hoe hoger de detectiviteit, hoe beter het is in het detecteren van zwakke signalen. Dit apparaat beschikt over een detectievermogen van 4.7 × 1011 Jones, die opnieuw zijn superieure prestaties laat zien in vergelijking met de meeste andere lichtdetectoren. De tweede functie is niet-vluchtige geheugenopslag. De perovskiet fungeert als een memristor, een type resistief willekeurig toegankelijk geheugen. Door een kleine spanning van slechts 0.15 V aan te leggen, kan de weerstandstoestand van de perovskiet-memristor van hoog naar laag worden geschakeld. Deze overgang komt overeen met het schrijven van een geheugenbit. Het apparaat behoudt de geschreven status meer dan 7,000 seconden zonder kwaliteitsverlies, waardoor betrouwbare visuele informatieopslag op lange termijn mogelijk is. Dankzij de memristieve eigenschappen kunnen visuele patronen die door de perovskiet worden gedetecteerd, worden onthouden en later op verzoek worden opgehaald. Opmerkelijk is dat de dubbele lichtdetectie- en geheugenmogelijkheden worden bereikt in één enkel geïntegreerd apparaat. De onderzoekers demonstreerden een 4x4-array van pixels die een bewegende lichtbron konden detecteren, het verlichtingspatroon konden vastleggen, het beeld konden onthouden en het later op verzoek konden ophalen. Dit bootst na hoe het menselijke zicht een scène waarneemt en slaat deze op in de geheugencentra van de hersenen. De opgeslagen visuele patronen konden op betrouwbare wijze worden gewist en herschreven, wat de herbruikbaarheid van de perovskiethardware benadrukte. De combinatie van uitstekende fotodetectieprestaties met veelzijdige visuele geheugencapaciteit in één enkel apparaat vertegenwoordigt een aanzienlijke vooruitgang ten opzichte van eerdere technologieën. De onderzoekers leggen de werkingsprincipes uit die de dubbele functionaliteit mogelijk maken. De perovskiet-microplaatstructuur en het energiebandontwerp bevorderen een efficiënte lichtabsorptie en ladingstransport, wat ten grondslag ligt aan het sterke fotodetectiegedrag. Aan de geheugenkant mobiliseren spanningsstimuli ionen in de perovskiet om geleidende filamenten te vormen en te scheuren. Deze schakelt de weerstand en programmeert de geheugenstatus. Vergeleken met conventioneel resistief willekeurig toegankelijk geheugen vertoont de perovskietversie een ultralaag energieverbruik tot 3×10-11 W. De lage programmeerenergie, gekoppeld aan hoogwaardige lichtdetectie, maakt de nieuwe technologie zeer geschikt voor toepassingen zoals kunstmatige neurale netwerken met laag vermogen die tot doel hebben biologische visie en leren na te bootsen. Vooruitkijkend zou de integratie van fotodetectie, geheugen en verwerking in afzonderlijke perovskietapparaten compacte camera-achtige systemen mogelijk kunnen maken. Door de noodzaak te elimineren om afzonderlijke sensoren, geheugeneenheden en logische componenten te combineren, biedt de aanpak een route naar sterk geïntegreerde platforms voor visuele registratie en kunstmatige intelligentie. De onderzoekers benadrukken dat de loodvrije samenstelling deze technologie veiliger en duurzamer maakt dan conventionele perovskietformuleringen die lood bevatten. Het overbrengen van het concept naar andere loodvrije perovskieten zou de reikwijdte van toegankelijke golflengten en afstembare eigenschappen verder kunnen uitbreiden. Over het geheel genomen biedt deze perovskiet visuele geheugentechnologie met dubbele functie een nieuwe blauwdruk voor geavanceerde lichtdetectie- en informatiesystemen. Door belangrijke aspecten van het menselijk zicht in een geïntegreerd apparaat te repliceren, opent het opwindende mogelijkheden voor technologieën zoals elektronische ogen, visuele neurale netwerken en andere biomimetische toepassingen. De combinatie van nuttige prestatiegegevens met veelzijdigheid en fabricagegemak illustreert het aanzienlijke potentieel van perovskieten om toekomstige opto-elektronische ontwikkelingen te ondersteunen.
By
Michael
Berger
– Michael is auteur van drie boeken van de Royal Society of Chemistry:
Nano-Society: de grenzen van technologie verleggen,
Nanotechnologie: de toekomst is klein en
Nanoengineering: de vaardigheden en tools die technologie onzichtbaar maken
Copyright ©
Nanowerk LLC
Word een Spotlight-gastauteur! Sluit je aan bij onze grote en groeiende groep gastbijdragers. Heb je net een wetenschappelijk artikel gepubliceerd of heb je andere opwindende ontwikkelingen om te delen met de nanotechnologie-gemeenschap? Hier leest u hoe u op nanowerk.com publiceert.
- Door SEO aangedreven content en PR-distributie. Word vandaag nog versterkt.
- PlatoData.Network Verticale generatieve AI. Versterk jezelf. Toegang hier.
- PlatoAiStream. Web3-intelligentie. Kennis versterkt. Toegang hier.
- PlatoESG. carbon, CleanTech, Energie, Milieu, Zonne, Afvalbeheer. Toegang hier.
- Plato Gezondheid. Intelligentie op het gebied van biotech en klinische proeven. Toegang hier.
- Bron: https://www.nanowerk.com/spotlight/spotid=63737.php
