Senzor koji oponaša način na koji ljudsko oko detektira svjetlost mogao bi dovesti do boljeg vida za autonomne robote i samovozeće automobile, tvrdi nova studija.

Moderne elektroničke kamere temelje se na senzorima koji generiraju električni signal kad god svjetlost padne na njih. Nasuprot tome, otprilike 100 milijuna stanica štapića i čunjića mrežnice - sloja osjetljivog na svjetlost u stražnjem dijelu oka - samo prenosi signale u mozak kao odgovor na promjenu svjetla. To čini ljudske oči znatno učinkovitijima od elektronike u smislu energije i računalne snage, objasnio je viši autor studije John Labram, fizičar uređaja na Oregon State University u Corvallisu.

Znanstvenici su prethodno stvorili senzore koji oponašaju mrežnicu. Međutim, ova "retinomorfna" elektronika uključuje složene sklopove koji nisu prikladni za korištenje u senzorima masovne proizvodnje.

Sada su Labram i njegovi kolege zamijenili ove zamršene krugove jednostavnijom alternativom - materijalima osjetljivim na svjetlost poznatim kao perovskiti, koji se trenutno razvijaju za korištenje u solarnim ćelijama sljedeće generacije. "Bez ovog nedavnog materijalnog proboja, ne bismo mogli napraviti naš senzor", rekao je.

Jezgra novog senzora sastoji se od električno izolacijskog staklenog sloja obloženog perovskit metilamonijevim olovnim jodidom. Kada se stavi na svjetlo, ovaj perovskit se mijenja iz visoko električno izolirajućeg u visoko električno vodljiv. Istraživači su smjestili ove slojeve između elektroda i otkrili da ovaj senzor ima jak električni odgovor na svjetlost, ali nije generirao daljnje signale sve dok se osvjetljenje nije promijenilo.

"Ovo je prvi senzor s jednim pikselom koji replicira ponašanje biološke mrežnice kao dio temeljnog dizajna", rekao je Labram. "S industrijskog stajališta, to bi u konačnici moglo imati ogroman utjecaj na brzinu i potrošnju energije."

Senzori bi se mogli koristiti u aplikacijama koje uključuju brzu obradu slika, uključujući lidar, prepoznavanje lica i autonomna vozila, rekao je znanstvenik Thomas Anthopoulos sa Sveučilišta King Abdullah za znanost i tehnologiju u Saudijskoj Arabiji, koji nije sudjelovao u ovom istraživanju. "Ključni element ove tehnologije je njezina jednostavnost i sposobnost integracije s nizom elektronike u nastajanju, kao što su nosivi sustavi, transparentni zasloni i mikro zasloni."

Znanstvenici sada imaju za cilj razviti niz ovih senzora za snimanje stvarnih vizualnih podataka, "počevši od rezolucije 10x10", rekao je Labram. Također žele povezati svoje retinomorfne senzore sa sustavima umjetne inteligencije kako bi "bolje replicirali način na koji biološki sustavi obrađuju podražaje", rekao je.

Sve u svemu, ovaj rad "je dio većeg kontinuiranog napora da se računala općenito učine ljudskijim", primijetio je Labram. Tradicionalna računala dizajnirana su za izvođenje računanja u nizu koraka, ali sve više znanstvenici razvijaju takozvane neuromorfne procesore koji su dizajnirani da oponašaju ljudski mozak izvodeći mnoga izračunavanja istovremeno i paralelno, objasnio je.

Kao što bi se retinomorfni senzori mogli pokazati boljim od konvencionalnih optičkih senzora, tako bi se i neuromorfna računala jednoga dana mogla pokazati znatno učinkovitijima od konvencionalnih računala.

"Ljudski mozak troši oko 20 vata energije, a kućno računalo (osobno računalo) radi na oko 100 vata", rekao je Labram. "Ovo ne zvuči puno, ali jedno osobno računalo ne može obaviti zadatak sličan ljudskom mozgu - na primjer, učenje u stvarnom vremenu. Ova vrsta zadatka bi zahtijevala podatkovni centar, a ne osobno računalo."

Znanstvenici su svoje nalaze detaljno iznijeli u studiji objavljenoj u časopisu Applied Physics Letters.