據(jù)麥姆斯咨詢報道，近期，美國佐治亞州立大學（Georgia State University）的研究人員成功設計出一款新型人工視覺傳感器，該傳感器基于獨特的垂直堆疊結構，能夠在微觀層面上實現(xiàn)更深層次的顏色識別和可擴展性。這項研究成果已在頂級期刊ACS Nano上發(fā)表。

“我們研究的最終目標是為微型機器人開發(fā)微型相機，目前的工作僅僅是個開端?！痹擁椦芯抗ぷ鞯呢撠熑?、物理學助理教授Sidong Lei說道，“我們研究了構建這種新型圖像傳感器的基本原理和可行性，重點是小型化?！?br />
研究人員利用納米合成技術，成功模擬了該圖像傳感器的生化（biochemical）過程，這項研究工作為仿生人工視覺器件的發(fā)展奠定了基礎。

“眾所周知，在研究、工業(yè)、醫(yī)療以及日常生活中，超過80%的信息是通過視覺捕獲的?！盨idong Lei教授說道，“我們研究的最終目標是為微型機器人開發(fā)一種微型相機，它可以進入到當前技術手段無法觸及的狹窄空間，將為醫(yī)療診斷、環(huán)境研究、制造、考古等領域開辟新的應用前景。”

Sidong Lei教授研究團隊開發(fā)的這款仿生“電子眼”推進了最關鍵的視覺功能——顏色識別。在當前的研究中，由于主流顏色傳感器的尺寸難以壓縮，顏色識別功能常常被忽略。傳統(tǒng)的顏色傳感器通常采用橫向顏色傳感通道布局，占用了大量物理空間，且顏色檢測精度較低。

在這項研究工作中，研究人員開發(fā)了一種獨特的堆疊技術，為硬件設計提供了一種新穎的方法。Sidong Lei教授指出，基于范德華半導體的垂直顏色感知結構能夠提供精準的顏色識別能力，可以簡化光學透鏡系統(tǒng)的設計，從而減小人工視覺系統(tǒng)的尺寸。

Sidong Lei教授研究團隊的一名研究生Ningxin Li稱，正是最近的堆疊技術進步使得該項新設計成為可能。

基于范德華半導體的垂直顏色傳感器的原子力顯微鏡（AFM）圖像

“在我們這款圖像傳感器架構中所實現(xiàn)的新功能，完全取決于近年來范德華半導體的快速發(fā)展?！盢ingxin Li說，“與傳統(tǒng)半導體材料（例如硅）相比，我們可以精確地控制范德華半導體材料的能帶結構、厚度和其它關鍵參數(shù)，以感測紅、綠、藍三種顏色?！?br />
基于范德華半導體的垂直顏色傳感器（vdW-Ss）代表了一種新興材料應用，其中單個原子層通過弱范德華力粘合，這種獨特的材料結構為發(fā)現(xiàn)新物理場和設計下一代視覺傳感器提供了關鍵的路徑。

“得益于這些新型半導體材料的超薄、機械柔韌性和化學穩(wěn)定性，我們能以任意順序對其進行堆疊。因此，實際上我們引入了一種三維集成策略，與當前的平面微電子布局相比，更高的集成度將成為推動視覺傳感器尺寸小型化的主要原因?！盢ingxin Li繼續(xù)說道。

研究人員目前正在向喬治亞州技術轉讓和商業(yè)化辦公室（OTTC）申請該項設計專利。OTTC分析道，這項設計將會吸引一些行業(yè)合作伙伴的興趣?！霸撛O計方式有望解決當前傳感器的一些主要缺陷。”O(jiān)TTC的主任Cliff Michaels說，“隨著納米技術的進步和器件小型化的發(fā)展，這些尺寸更小、精度更高的顏色傳感器將有更大應用價值。”

研究人員認為，該項技術可能還有更廣闊的應用前景，未來有望為視力受損人員提供幫助。

“這項技術對于仿生‘電子眼’和其它神經(jīng)形態(tài)假肢設備的發(fā)展至關重要?！盢ingxin Li說，“高質(zhì)量的色彩感知和圖像識別功能，未來有可能為視力障礙人士帶來豐富多彩的物品感知能力。”

接下來，Sidong Lei教授研究團隊將圍繞該項技術繼續(xù)深入研究，以推動這些前沿技術的進一步發(fā)展。

“雖然我們的研究已向前邁出了一大步，但未來仍然面臨著科學和技術的挑戰(zhàn)，例如晶圓級集成問題。商業(yè)圖像傳感器可以集成數(shù)百萬像素來提供高清圖像，但我們的傳感器原型目前還無法實現(xiàn)這種集成。”Sidong Lei教授繼續(xù)說道，“這種大規(guī)模范德華半導體器件的集成，對于整個科研界而言都是一項關鍵挑戰(zhàn)。我們的研究團隊也正在與各方合作者共同努力，以實現(xiàn)關鍵問題的突破?！?br />
論文信息：

https://doi.org/10.1021/acsnano.1c09875

審核編輯 ：李倩