28/2023/XNUMX (Tiêu điểm Nanowerk) Tầm nhìn của con người cung cấp một mô hình cho hệ thống trí tuệ nhân tạo có thể cảm nhận và hiểu được thông tin thị giác. Tuy nhiên, các thiết bị điện tử thông thường dựa vào việc kết hợp các cảm biến ánh sáng, bộ nhớ và mạch logic riêng biệt để cố gắng tái tạo khả năng thị giác của con người. Cách tiếp cận đa thành phần này làm tăng kích thước và độ phức tạp đồng thời hạn chế khả năng mô phỏng thị giác sinh học của hệ thống nhân tạo. Để khắc phục những hạn chế này, các nhà nghiên cứu đã tìm kiếm các công nghệ tích hợp có khả năng hấp thụ ánh sáng, lưu trữ các hình ảnh trực quan và xử lý hình ảnh trong các thiết bị đơn lẻ. Gần đây, một nhóm nghiên cứu từ Trung Quốc đã phát triển một loại vật liệu có chức năng kép mới gọi là perovskite có những bước tiến đáng kể hướng tới mục tiêu này. Trong một đơn vị tích hợp duy nhất, perovskite có thể vừa phát hiện ánh sáng vừa ghi nhớ các mẫu hình ảnh lấy cảm hứng từ thị giác của con người. Nghiên cứu này giải quyết thách thức trong việc chắt lọc các khía cạnh quan trọng của thị giác sinh học thành một hệ thống nhân tạo hợp lý. Những phát hiện đã được công bố trong Vật liệu tiên tiến (“Bộ tách sóng quang và Memristor dựa trên Perovskite chức năng kép cho bộ nhớ hình ảnh”).
a) Sơ đồ hệ thống thị giác của con người khi quan sát hình chữ Z bằng mắt. b) Sơ đồ đường đi của ánh sáng và kết quả ghi vết tương ứng (50 × 50 µm cho mỗi pixel đơn lẻ). c) Sơ đồ ghi quang điện và kết quả lưu trữ dữ liệu tương ứng. d) Sơ đồ mảng 4 × 4 Au/Ag–Cs3Sb2I9–ITO (màng oxit thiếc indium) thiết bị chức năng kép. e) Kết quả chụp ảnh của thiết bị (cường độ ánh sáng: 2.34 mW cm-2). f,g) Lưu trữ dữ liệu và bộ nhớ hình dạng của ảnh trước và sau 60 phút. h) Kết quả của mảng sau khi reset. i) Kết quả chụp ảnh của thiết bị sau khi reset. (In lại với sự cho phép của Wiley-VCH Verlag) Bộ não con người tích hợp đầu vào hình ảnh từ mắt với các trung tâm trí nhớ lưu trữ thông tin. Tuy nhiên, việc tái tạo một cách nhân tạo quá trình này là một thách thức vì nó đòi hỏi sự tích hợp các cảm biến ánh sáng, các thành phần bộ nhớ và mạch logic vào một hệ thống duy nhất. Thiết bị perovskite mới vượt qua rào cản này bằng cách kết hợp cả khả năng cảm biến ánh sáng và lưu trữ bộ nhớ. Perovskite đang nổi lên như một vật liệu đầy hứa hẹn cho các ứng dụng quang điện tử nhờ đặc tính hấp thụ ánh sáng vượt trội và dễ chế tạo. Các nhà nghiên cứu đã tận dụng những ưu điểm này để tạo ra một thiết bị chức năng kép sử dụng các tấm vi mạch perovskite xêsi antimon iodua không chì. Một trong những vai trò của thiết bị là phát hiện ánh sáng. Hãy tưởng tượng tấm vi mạch perovskite như một miếng bọt biển siêu hiệu quả nhưng dùng cho ánh sáng thay vì nước. Nó có thể hấp thụ ánh sáng từ nhiều màu sắc khác nhau mà mắt chúng ta có thể nhìn thấy. Khi được sử dụng như một phần của thiết lập phát hiện ánh sáng, nó hoạt động cực kỳ tốt. Để giúp bạn hình dung, hãy nói về 'độ phản hồi ánh sáng'. Hãy coi đây là khả năng phản ứng với ánh sáng của thiết bị. Độ phản hồi cao hơn có nghĩa là nó có thể phát hiện và phản hồi với mức ánh sáng rất thấp, khiến nó có độ nhạy cao. Thiết bị perovskite này cho thấy độ phản hồi ánh sáng là 276 mA/W ở một màu ánh sáng xanh nhất định, đây là một phép đo vượt xa nhiều thiết bị phát hiện ánh sáng khác. Bây giờ, về 'thám tử'. Thuật ngữ này đề cập đến khả năng thiết bị có thể thu được tín hiệu ánh sáng yếu khi có tiếng ồn xung quanh – giống như nghe thấy tiếng thì thầm trong một căn phòng đông người. Khả năng phát hiện càng cao thì khả năng phát hiện tín hiệu yếu càng tốt. Thiết bị này tự hào có khả năng phát hiện 4.7 × 1011 Jones, một lần nữa cho thấy hiệu suất vượt trội của nó so với hầu hết các máy dò ánh sáng khác. Chức năng thứ hai là lưu trữ bộ nhớ không biến đổi. Perovskite hoạt động như một người ghi nhớ, một loại bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên điện trở. Bằng cách áp dụng một điện áp nhỏ chỉ 0.15 V, trạng thái điện trở của memristor perovskite có thể được chuyển từ cao xuống thấp. Quá trình chuyển đổi này tương ứng với việc ghi một bit bộ nhớ. Thiết bị duy trì trạng thái ghi trong hơn 7,000 giây mà không bị suy giảm, cho phép lưu trữ thông tin hình ảnh lâu dài và đáng tin cậy. Các đặc tính ghi nhớ cho phép ghi nhớ các mẫu hình ảnh được perovskite phát hiện và sau đó được truy xuất theo yêu cầu. Đáng chú ý là khả năng cảm biến ánh sáng và bộ nhớ kép đạt được trong một thiết bị tích hợp duy nhất. Các nhà nghiên cứu đã trình diễn một mảng pixel 4 × 4 có thể phát hiện nguồn sáng chuyển động, ghi lại kiểu chiếu sáng, ghi nhớ hình ảnh và sau đó truy xuất nó theo yêu cầu. Điều này mô phỏng cách thị giác của con người nhìn nhận một cảnh và lưu trữ nó trong trung tâm trí nhớ của não. Các mẫu hình ảnh được ghi nhớ có thể được xóa và viết lại một cách đáng tin cậy, làm nổi bật khả năng tái sử dụng của phần cứng perovskite. Sự kết hợp giữa hiệu suất phát hiện quang tuyệt vời với dung lượng bộ nhớ hình ảnh linh hoạt trong một thiết bị duy nhất thể hiện sự tiến bộ đáng kể so với các công nghệ trước đây. Các nhà nghiên cứu giải thích các nguyên tắc hoạt động cho phép thực hiện chức năng kép. Cấu trúc vi tấm perovskite và thiết kế dải năng lượng thúc đẩy sự hấp thụ ánh sáng và vận chuyển điện tích hiệu quả, tạo cơ sở cho hoạt động phát hiện quang mạnh mẽ. Về mặt bộ nhớ, các kích thích điện áp sẽ huy động các ion trong perovskite để hình thành và làm đứt các sợi dẫn điện. Điều này sẽ chuyển đổi điện trở và lập trình trạng thái bộ nhớ. So với bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên điện trở thông thường, phiên bản perovskite cho thấy mức tiêu thụ điện năng cực thấp xuống tới 3×10-11 W. Năng lượng lập trình thấp, kết hợp với cảm biến ánh sáng hiệu suất cao, khiến công nghệ mới rất phù hợp cho các ứng dụng như mạng thần kinh nhân tạo năng lượng thấp nhằm mục đích mô phỏng thị giác sinh học và học tập. Trong tương lai, việc tích hợp khả năng phát hiện quang, bộ nhớ và xử lý vào các thiết bị perovskite đơn lẻ có thể tạo ra các hệ thống giống như máy ảnh nhỏ gọn. Bằng cách loại bỏ nhu cầu kết hợp các cảm biến, bộ nhớ và thành phần logic riêng biệt, phương pháp này cung cấp lộ trình hướng tới các nền tảng trí tuệ nhân tạo và thu thập hình ảnh tích hợp cao. Các nhà nghiên cứu nhấn mạnh thành phần không chứa chì làm cho công nghệ này an toàn hơn và bền vững hơn so với các công thức perovskite thông thường có chứa chì. Việc chuyển khái niệm này sang các loại perovskite không chì khác có thể mở rộng hơn nữa phạm vi các bước sóng có thể tiếp cận và các đặc tính có thể điều chỉnh được. Nhìn chung, công nghệ bộ nhớ hình ảnh perovskite chức năng kép này cung cấp một bản thiết kế mới cho các hệ thống thông tin và cảm biến ánh sáng tiên tiến. Bằng cách tái tạo các khía cạnh quan trọng của thị giác con người trong một thiết bị tích hợp, nó mở ra những khả năng thú vị cho các công nghệ như mắt điện tử, mạng lưới thần kinh thị giác và các ứng dụng mô phỏng sinh học khác. Sự kết hợp giữa các số liệu hiệu suất hữu ích với tính linh hoạt và dễ chế tạo cho thấy tiềm năng đáng kể của perovskite trong việc củng cố các tiến bộ quang điện tử trong tương lai.
By
Michael
Berger
a) Sơ đồ hệ thống thị giác của con người khi quan sát hình chữ Z bằng mắt. b) Sơ đồ đường đi của ánh sáng và kết quả ghi vết tương ứng (50 × 50 µm cho mỗi pixel đơn lẻ). c) Sơ đồ ghi quang điện và kết quả lưu trữ dữ liệu tương ứng. d) Sơ đồ mảng 4 × 4 Au/Ag–Cs3Sb2I9–ITO (màng oxit thiếc indium) thiết bị chức năng kép. e) Kết quả chụp ảnh của thiết bị (cường độ ánh sáng: 2.34 mW cm-2). f,g) Lưu trữ dữ liệu và bộ nhớ hình dạng của ảnh trước và sau 60 phút. h) Kết quả của mảng sau khi reset. i) Kết quả chụp ảnh của thiết bị sau khi reset. (In lại với sự cho phép của Wiley-VCH Verlag) Bộ não con người tích hợp đầu vào hình ảnh từ mắt với các trung tâm trí nhớ lưu trữ thông tin. Tuy nhiên, việc tái tạo một cách nhân tạo quá trình này là một thách thức vì nó đòi hỏi sự tích hợp các cảm biến ánh sáng, các thành phần bộ nhớ và mạch logic vào một hệ thống duy nhất. Thiết bị perovskite mới vượt qua rào cản này bằng cách kết hợp cả khả năng cảm biến ánh sáng và lưu trữ bộ nhớ. Perovskite đang nổi lên như một vật liệu đầy hứa hẹn cho các ứng dụng quang điện tử nhờ đặc tính hấp thụ ánh sáng vượt trội và dễ chế tạo. Các nhà nghiên cứu đã tận dụng những ưu điểm này để tạo ra một thiết bị chức năng kép sử dụng các tấm vi mạch perovskite xêsi antimon iodua không chì. Một trong những vai trò của thiết bị là phát hiện ánh sáng. Hãy tưởng tượng tấm vi mạch perovskite như một miếng bọt biển siêu hiệu quả nhưng dùng cho ánh sáng thay vì nước. Nó có thể hấp thụ ánh sáng từ nhiều màu sắc khác nhau mà mắt chúng ta có thể nhìn thấy. Khi được sử dụng như một phần của thiết lập phát hiện ánh sáng, nó hoạt động cực kỳ tốt. Để giúp bạn hình dung, hãy nói về 'độ phản hồi ánh sáng'. Hãy coi đây là khả năng phản ứng với ánh sáng của thiết bị. Độ phản hồi cao hơn có nghĩa là nó có thể phát hiện và phản hồi với mức ánh sáng rất thấp, khiến nó có độ nhạy cao. Thiết bị perovskite này cho thấy độ phản hồi ánh sáng là 276 mA/W ở một màu ánh sáng xanh nhất định, đây là một phép đo vượt xa nhiều thiết bị phát hiện ánh sáng khác. Bây giờ, về 'thám tử'. Thuật ngữ này đề cập đến khả năng thiết bị có thể thu được tín hiệu ánh sáng yếu khi có tiếng ồn xung quanh – giống như nghe thấy tiếng thì thầm trong một căn phòng đông người. Khả năng phát hiện càng cao thì khả năng phát hiện tín hiệu yếu càng tốt. Thiết bị này tự hào có khả năng phát hiện 4.7 × 1011 Jones, một lần nữa cho thấy hiệu suất vượt trội của nó so với hầu hết các máy dò ánh sáng khác. Chức năng thứ hai là lưu trữ bộ nhớ không biến đổi. Perovskite hoạt động như một người ghi nhớ, một loại bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên điện trở. Bằng cách áp dụng một điện áp nhỏ chỉ 0.15 V, trạng thái điện trở của memristor perovskite có thể được chuyển từ cao xuống thấp. Quá trình chuyển đổi này tương ứng với việc ghi một bit bộ nhớ. Thiết bị duy trì trạng thái ghi trong hơn 7,000 giây mà không bị suy giảm, cho phép lưu trữ thông tin hình ảnh lâu dài và đáng tin cậy. Các đặc tính ghi nhớ cho phép ghi nhớ các mẫu hình ảnh được perovskite phát hiện và sau đó được truy xuất theo yêu cầu. Đáng chú ý là khả năng cảm biến ánh sáng và bộ nhớ kép đạt được trong một thiết bị tích hợp duy nhất. Các nhà nghiên cứu đã trình diễn một mảng pixel 4 × 4 có thể phát hiện nguồn sáng chuyển động, ghi lại kiểu chiếu sáng, ghi nhớ hình ảnh và sau đó truy xuất nó theo yêu cầu. Điều này mô phỏng cách thị giác của con người nhìn nhận một cảnh và lưu trữ nó trong trung tâm trí nhớ của não. Các mẫu hình ảnh được ghi nhớ có thể được xóa và viết lại một cách đáng tin cậy, làm nổi bật khả năng tái sử dụng của phần cứng perovskite. Sự kết hợp giữa hiệu suất phát hiện quang tuyệt vời với dung lượng bộ nhớ hình ảnh linh hoạt trong một thiết bị duy nhất thể hiện sự tiến bộ đáng kể so với các công nghệ trước đây. Các nhà nghiên cứu giải thích các nguyên tắc hoạt động cho phép thực hiện chức năng kép. Cấu trúc vi tấm perovskite và thiết kế dải năng lượng thúc đẩy sự hấp thụ ánh sáng và vận chuyển điện tích hiệu quả, tạo cơ sở cho hoạt động phát hiện quang mạnh mẽ. Về mặt bộ nhớ, các kích thích điện áp sẽ huy động các ion trong perovskite để hình thành và làm đứt các sợi dẫn điện. Điều này sẽ chuyển đổi điện trở và lập trình trạng thái bộ nhớ. So với bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên điện trở thông thường, phiên bản perovskite cho thấy mức tiêu thụ điện năng cực thấp xuống tới 3×10-11 W. Năng lượng lập trình thấp, kết hợp với cảm biến ánh sáng hiệu suất cao, khiến công nghệ mới rất phù hợp cho các ứng dụng như mạng thần kinh nhân tạo năng lượng thấp nhằm mục đích mô phỏng thị giác sinh học và học tập. Trong tương lai, việc tích hợp khả năng phát hiện quang, bộ nhớ và xử lý vào các thiết bị perovskite đơn lẻ có thể tạo ra các hệ thống giống như máy ảnh nhỏ gọn. Bằng cách loại bỏ nhu cầu kết hợp các cảm biến, bộ nhớ và thành phần logic riêng biệt, phương pháp này cung cấp lộ trình hướng tới các nền tảng trí tuệ nhân tạo và thu thập hình ảnh tích hợp cao. Các nhà nghiên cứu nhấn mạnh thành phần không chứa chì làm cho công nghệ này an toàn hơn và bền vững hơn so với các công thức perovskite thông thường có chứa chì. Việc chuyển khái niệm này sang các loại perovskite không chì khác có thể mở rộng hơn nữa phạm vi các bước sóng có thể tiếp cận và các đặc tính có thể điều chỉnh được. Nhìn chung, công nghệ bộ nhớ hình ảnh perovskite chức năng kép này cung cấp một bản thiết kế mới cho các hệ thống thông tin và cảm biến ánh sáng tiên tiến. Bằng cách tái tạo các khía cạnh quan trọng của thị giác con người trong một thiết bị tích hợp, nó mở ra những khả năng thú vị cho các công nghệ như mắt điện tử, mạng lưới thần kinh thị giác và các ứng dụng mô phỏng sinh học khác. Sự kết hợp giữa các số liệu hiệu suất hữu ích với tính linh hoạt và dễ chế tạo cho thấy tiềm năng đáng kể của perovskite trong việc củng cố các tiến bộ quang điện tử trong tương lai.
By
Michael
Berger
– Michael là tác giả của ba cuốn sách của Hiệp hội Hóa học Hoàng gia:
Xã hội Nano: Đẩy mạnh ranh giới của công nghệ,
Công nghệ nano: Tương lai nhỏ bévà
Nanoengineering: Các kỹ năng và công cụ làm cho công nghệ vô hình
Bản quyền ©
Công Ty TNHH Nanowerk
Trở thành tác giả khách mời của Spotlight! Tham gia nhóm lớn và đang phát triển của chúng tôi những người đóng góp cho khách. Bạn vừa xuất bản một bài báo khoa học hoặc có những phát triển thú vị khác để chia sẻ với cộng đồng công nghệ nano? Đây là cách xuất bản trên nanowerk.com.
- Phân phối nội dung và PR được hỗ trợ bởi SEO. Được khuếch đại ngay hôm nay.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Trao quyền cho chính mình. Truy cập Tại đây.
- PlatoAiStream. Thông minh Web3. Kiến thức khuếch đại. Truy cập Tại đây.
- Trung tâmESG. Than đá, công nghệ sạch, Năng lượng, Môi trường Hệ mặt trời, Quản lý chất thải. Truy cập Tại đây.
- PlatoSức khỏe. Tình báo thử nghiệm lâm sàng và công nghệ sinh học. Truy cập Tại đây.
- nguồn: https://www.nanowerk.com/spotlight/spotid=63737.php
