Nanocluster yang terinspirasi dari udang memungkinkan sistem penglihatan buatan multifungsi – Physics World

<a data-fancybox data-src="https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/04/shrimp-inspired-nanoclusters-enable-multifunctional-artificial-vision-systems-physics-world.jpg" data-caption="Perangkat yang terinspirasi oleh bio Kiri: skema sistem visual udang mantis. Kanan: fotoreseptor buatan berdasarkan nanokluster perak kiral dan pentacene semikonduktor organik. (Sumber: CC BY 4.0/Nat. Komunal. 10.1038/s41467-024-46646-5)” title=”Klik untuk membuka gambar dalam popup” href=”https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/04/shrimp-inspired-nanoclusters-enable- multifungsi-visi-buatan-sistem-fisika-dunia.jpg”>

Kemajuan dalam kecerdasan buatan dan sistem otonom telah memicu meningkatnya minat terhadap sistem penglihatan buatan (AVS) dalam beberapa tahun terakhir. Penglihatan buatan memungkinkan mesin untuk “melihat”, menafsirkan, dan bereaksi terhadap dunia di sekitar mereka, seperti yang dilakukan manusia ketika kita merespons situasi yang dapat kita lihat berubah – misalnya mobil yang mengerem di depan kita saat mengemudi.

“Mata mesin” ini menangkap gambar dari dunia sekitar menggunakan kamera dan sensor. Algoritme komputasi yang kompleks kemudian memproses gambar-gambar ini, memungkinkan mesin menganalisis lingkungan sekitarnya secara real-time dan memberikan respons terhadap perubahan atau ancaman apa pun (tergantung pada tujuan penerapannya).

AVS telah digunakan di banyak bidang, termasuk pengenalan wajah, kendaraan otonom, dan prostetik visual (mata buatan). AVS untuk kendaraan otonom dan aplikasi teknologi tinggi sudah mapan. Namun, sifat kompleks tubuh manusia membuat prostetik visual menjadi lebih menantang, karena AVS yang canggih tidak memiliki tingkat multifungsi dan pengaturan mandiri yang sama dengan perangkat biologis yang mereka tiru.

Banyak AVS yang digunakan saat ini memerlukan beberapa komponen agar dapat berfungsi – tidak ada perangkat fotoreseptif yang dapat melakukan banyak fungsi. Artinya, banyak desain yang lebih rumit dari yang seharusnya, sehingga kurang layak secara komersial dan lebih sulit untuk diproduksi. Hanlin Wang, Yun Qi Liu dan rekan-rekan di Chinese Academy of Sciences sekarang menggunakan nanocluster untuk membuat fotoreseptor multifungsi untuk prostetik biologis, dan melaporkan temuan mereka di Alam Komunikasi.

Terinspirasi dari udang mantis

Sistem visual udang mantis menggunakan 16 fotoreseptor untuk melakukan banyak tugas secara bersamaan, termasuk pengenalan warna, penglihatan adaptif, dan persepsi cahaya terpolarisasi sirkular. Karena alam seringkali mampu melakukan hal-hal yang hanya dapat diimpikan oleh para ilmuwan pada tingkat sintetik, biomimikri telah menjadi pendekatan yang populer. Dan karena udang mantis memiliki banyak sifat yang diinginkan dalam fotoreseptor alaminya, para peneliti telah mencoba meniru sifat-sifat tersebut secara artifisial menggunakan nanocluster.

Nanocluster adalah atom logam yang terikat pada ligan pelindung. Ini adalah pendekatan yang dapat disesuaikan yang menghasilkan sifat fisik yang dapat disesuaikan, seperti tingkat energi yang berbeda dan kesenjangan pita yang cukup besar karena efek ukuran kuantum. Nanoclusters juga menawarkan konversi foton-ke-elektron yang sangat baik, menjadikannya pendekatan yang menjanjikan untuk menciptakan perangkat fotoreseptor buatan.

“Nanocluster dianggap sebagai material generasi berikutnya untuk kelanjutan Hukum Moore,” kata Wang Dunia Fisika. “Namun, isu-isu ilmiah dasar seperti fabrikasi perangkat berbasis nanocluster yang dapat direproduksi dan perilaku fotolistrik masih belum jelas dan belum dieksplorasi.”

Fotoreseptor nanocluster buatan

Terinspirasi oleh udang mantis, Wang dan rekannya menciptakan fotoreseptor nanocluster dan menggunakannya sebagai perangkat keras penglihatan multi-tugas yang kompak untuk AVS biologis. “Dalam penelitian ini, kami menghadirkan fotoreseptor buatan yang tertanam dalam nanocluster yang menggabungkan kemampuan fotoadaptasi dan penglihatan cahaya terpolarisasi melingkar,” jelas Wang.

Untuk membuat AVS, tim membuat susunan fotoreseptor nanocluster skala wafer berdasarkan heterostruktur nanocluster perak kiral dan semikonduktor organik (pentacene). Sifat inti-cangkang nanokluster memungkinkan mereka bertindak sebagai reservoir muatan dalam sensor untuk menyesuaikan tingkat konduktansi fotoreseptor buatan melalui mekanisme katup cahaya. Hal ini memungkinkan sistem fotoreseptor untuk menentukan panjang gelombang dan intensitas foton yang datang.

Ketika dihubungkan dengan bahan semikonduktor organik pada susunan, proses transfer muatan yang dibantu ligan terjadi pada antarmuka nanocluster. Ligan pelindung dalam struktur inti-kulit menyediakan jalur transduksi yang menghubungkan nanocluster ke semikonduktor organik. Proses skala femtosecond ini memfasilitasi adaptasi visual yang bergantung pada spektral dan pengenalan polarisasi sirkular.

“Kami telah mengatasi fabrikasi skala wafer dari antarmuka seragam antara film nanocluster dan semikonduktor organik, memberikan dasar untuk integrasi fotoreseptor buatan dengan kepadatan tinggi dengan jejak skala nano,” kata Wang.

Antarmuka antara nanocluster dan semikonduktor organik memberikan visi adaptif, memungkinkan berbagai fungsi dicapai dengan kinetika yang dapat disesuaikan. Selain itu, informasi polarisasi melingkar dapat diperoleh karena nanocluster bersifat kiral. Oleh karena itu, tim telah mengembangkan nanocluster yang menggabungkan penglihatan warna, adaptasi foto, dan penglihatan polarisasi melingkar ke dalam satu sistem fotodetektor.

Kemampuan untuk menggabungkan berbagai fungsi penglihatan ke dalam satu sistem untuk aplikasi pengenalan biologis merupakan suatu prestasi yang sulit dicapai, karena pendekatan sebelumnya harus bergantung pada banyak komponen untuk melakukan pekerjaan yang sama seperti sistem optoelektronik tunggal ini. Pendekatan tim ini dapat membantu membangun perangkat keras penglihatan yang lebih sederhana dan kuat untuk perangkat neuromorfik dan perangkat keras AI terkait penglihatan biologis.

“Fotoreseptor nanocluster buatan melakukan berbagai fungsi visual dalam satu unit sel,” kata Hanlin. “Diantaranya, fotoadaptasi dapat dipicu dan dilakukan dalam waktu 0.45 detik, dengan akurasi mencapai 99.75%. Ini merupakan performa tertinggi dibandingkan literatur yang ada dan mengungguli sistem visual manusia – yaitu sekitar 1 menit”.

Selanjutnya, para peneliti bertujuan untuk meningkatkan laju peralihan fotoadaptasi melebihi 0.45 detik pada antarmuka nanocluster/semikonduktor organik. “Di masa depan, kami akan menyelidiki karakteristik dinamika transfer muatan dan menghasilkan sistem neuromorfik tertanam nanocluster yang lebih cepat,” Wang menyimpulkan.

• Konten Bertenaga SEO & Distribusi PR. Dapatkan Amplifikasi Hari Ini.
• PlatoData.Jaringan Vertikal Generatif Ai. Berdayakan Diri Anda. Akses Di Sini.
• PlatoAiStream. Intelijen Web3. Pengetahuan Diperkuat. Akses Di Sini.
• PlatoESG. Karbon, teknologi bersih, energi, Lingkungan Hidup, Tenaga surya, Penanganan limbah. Akses Di Sini.
• PlatoHealth. Kecerdasan Uji Coba Biotek dan Klinis. Akses Di Sini.
• Sumber: https://physicsworld.com/a/shrimp-inspired-nanoclusters-enable-multifunctional-artificial-vision-systems/