Kürzlich wurde von der Gruppe von Professor Xu Haiyang vom Key Laboratory of UV-Emitting Materials and Technology des Bildungsministeriums der Northeast Normal University, China, ein künstliches Sehgerät mit integrierten visuellen Anpassungsfunktionen vorgeschlagen.
Das Gerät kann im autarken Modus betrieben werden und weist ein gutes, dem menschlichen Auge ähnliches Anpassungsverhalten auf, zu dem eine breitbandige lichtempfindliche Bildanpassung (von Ultraviolett bis Nahinfrarot), eine nahezu vollständige Wiederherstellung der Lichtempfindlichkeit (99,6 %) und eine synergetische visuelle Anpassung gehören, was die Weiterentwicklung intelligenter Optosensoren und maschineller Bildverarbeitungssysteme fördert.
Die visuelle Wahrnehmung, eine lebenswichtige Sinnesfunktion für Menschen und andere Wirbeltiere, steuert mehr als 80 % der Wahrnehmungsinformationen aus der Umgebung zum Gehirn bei. Mit der rasanten Entwicklung der künstlichen Intelligenz wird von künstlichen visuellen Systemen verlangt, dass sie in der Lage sind, die visuellen Wahrnehmungsfähigkeiten biologischer Systeme nachzuahmen. Eine wichtige Funktion ist dabei die visuelle Anpassung, die die Reaktion auf Reize automatisch an unterschiedliche Lichtumgebungen anpassen kann.
Die bestehenden Bemühungen zur Nachahmung visueller Anpassungsfunktionen scheitern jedoch an komplizierter Hardware und Algorithmen, die typischerweise die Betriebseffizienz verringern. Im Idealfall sollte eine neue Generation künstlicher visueller Systeme mit Anpassungsfunktionen eine einfachere Struktur und weniger logische Operationen aufweisen.
Leider beschränken sich ihre Hauptmechanismen immer noch auf die Modulation des Trägereinfangs oder der Ionenmigration, die für die zukünftige Entwicklung visuell adaptiver Geräte und künstlicher visueller Systeme unzureichend sind. Daher ist es äußerst wünschenswert, mehr Arbeitsmechanismen zu erforschen, um die visuelle Anpassungsfunktion künstlicher visueller Systeme zu erfüllen, die über einfache Gerätearchitekturen verfügen.
In dieser Arbeit wird experimentell gezeigt, dass ein zweipoliger Optosensor auf der Basis von γ-InSe-Flocken die visuelle Anpassung des Menschen nachahmt. Es wurde bestätigt, dass der Hauptwirkungsmechanismus für die dynamische Anpassung die Synergie des photopyroelektrischen Effekts und des photothermoelektrischen Effekts ist.
Da der γ-InSe-Optosensor als autarkes Gerät fungieren kann und von der Phototrägertrennung profitiert, die durch das eingebaute elektrische Feld an den Schottky-Übergangsschnittstellen zwischen Goldelektroden und γ-InSe induziert wird, kann er die visuelle Anpassung des Menschen im Bereich von ultraviolettem bis nahinfrarotem Licht nachahmen.
Noch wichtiger ist, dass das Gerät ein gutes, dem menschlichen Auge ähnliches Anpassungsverhalten aufweisen kann, zu dem eine breitbandige lichtempfindliche Bildanpassung (von Ultraviolett bis Nahinfrarot), eine nahezu vollständige Wiederherstellung der Lichtempfindlichkeit (99,6 %) und eine synergetische visuelle Anpassung gehören, was die Weiterentwicklung intelligenter Optosensoren und maschineller Bildverarbeitungssysteme fördert.
Die Forschung wird in der Zeitschrift veröffentlicht Licht: Wissenschaft und Anwendungen.
Mehr Informationen:
Weizhen Liu et al., Energieautarker Breitband-Optosensor mit bionischer visueller Anpassungsfunktion basierend auf mehrschichtigen γ-InSe-Flocken, Licht: Wissenschaft und Anwendungen (2023). DOI: 10.1038/s41377-023-01223-1