Thiết bị sinh học lấy cảm hứng từ mắt người để chụp ảnh.

Trong sự kết hợp hấp dẫn giữa tự nhiên và công nghệ, các nhà khoa học tại Penn State đã tiết lộ một thiết bị khéo léo bắt chước hoạt động bên trong của mắt người, cho phép nó chụp ảnh như một chiếc máy ảnh.

Lấy cảm hứng từ thiết kế đặc biệt của võng mạc của chính chúng ta, các nhà nghiên cứu đã phát triển một thiết bị lấy cảm hứng từ sinh học giúp tái tạo chức năng của các tế bào cảm quang màu đỏ, xanh lá cây và xanh lam, cũng như các mạng lưới thần kinh chịu trách nhiệm xử lý hình ảnh ban đầu.

Bắt chước những gì mắt người nhìn thấy

Kai Wang, trợ lý giáo sư nghiên cứu tại Khoa Khoa học và Kỹ thuật Vật liệu của Bang Penn, đã giải thích khái niệm đằng sau sự đổi mới của họ, nói rằng: “Chúng tôi đã mượn một thiết kế từ thiên nhiên—võng mạc của chúng ta chứa các tế bào hình nón nhạy cảm với ánh sáng đỏ, lục và lam. và các mạng thần kinh bắt đầu xử lý những gì chúng ta nhìn thấy ngay cả trước khi thông tin đó được gửi đến não của chúng ta. Quá trình tự nhiên này tạo ra thế giới đầy màu sắc mà chúng ta có thể nhìn thấy.”

Để tái tạo hệ thống phức tạp này trong một thiết bị nhân tạo, các nhà khoa học đã thiết kế một dãy cảm biến bằng cách sử dụng bộ tách sóng quang perovskite băng hẹp mô phỏng gần giống các tế bào hình nón trong mắt chúng ta.

Sau đó, họ kết nối các mảng cảm biến này với thuật toán mô phỏng thần kinh được thiết kế để bắt chước chức năng của mạng thần kinh, do đó cho phép xử lý thông tin và tạo ra hình ảnh có độ trung thực cao.

Máy dò ảnh là một thành phần quan trọng trong việc chuyển đổi năng lượng ánh sáng thành tín hiệu điện, đóng vai trò là xương sống của máy ảnh và các công nghệ quang học khác nhau.

Việc nhóm sử dụng bộ tách sóng quang băng hẹp cho phép thiết bị tập trung có chọn lọc vào các phân đoạn cụ thể của quang phổ ánh sáng, chẳng hạn như các bước sóng quan trọng màu đỏ, lục và lam tạo nên ánh sáng khả kiến.

Theo các nhà nghiên cứu, việc sử dụng vật liệu perovskite trong thiết bị cho phép tạo ra năng lượng thông qua hấp thụ ánh sáng, có khả năng mở đường cho công nghệ máy ảnh không dùng pin.

Luyao Zheng, một nhà nghiên cứu sau tiến sĩ tại Penn State, giải thích rằng cấu trúc của thiết bị giống như pin mặt trời, vì nó tạo ra điện khi tiếp xúc với ánh sáng.

Hoạt động tự cung cấp năng lượng này, giống như mắt của chúng ta, loại bỏ nhu cầu đầu vào năng lượng bổ sung để nắm bắt thông tin thị giác từ ánh sáng.

Hơn nữa, nghiên cứu này có khả năng thúc đẩy những tiến bộ trong công nghệ sinh học võng mạc nhân tạo, mang lại triển vọng thay thế các tế bào bị hư hỏng hoặc rối loạn chức năng trong mắt để phục hồi thị lực.

Đọc thêm: Hình ảnh chi tiết về võng mạc của con người trông giống như một bức tranh tuyệt vời!

thuật toán thần kinh

Perovskites, là chất bán dẫn, tạo ra các cặp electron-lỗ trống khi được chiếu sáng bởi ánh sáng. Bằng cách tạo ra perovskite màng mỏng với sự vận chuyển electron-lỗ rất mất cân bằng, trong đó các lỗ di chuyển nhanh hơn electron, các nhà khoa học đã điều khiển cấu trúc của vật liệu để tận dụng các đặc tính cho phép nó hoạt động như một bộ tách sóng quang dải hẹp.

Sử dụng vật liệu đã tạo, một dãy cảm biến được tạo ra và hình ảnh được chiếu qua thiết bị.

Thông tin được thu thập từ các lớp màu đỏ, xanh lục và xanh lam sau đó được xử lý và tái tạo bằng thuật toán mô phỏng thần kinh ba lớp phụ. Các thuật toán mô phỏng thần kinh là một loại công nghệ điện toán nhằm mục đích bắt chước các chức năng của bộ não con người.

Theo các nhà khoa học, tầm quan trọng của khám phá này nằm ở khả năng thuật toán bắt chước các mạng thần kinh được tìm thấy trong võng mạc của con người, mang lại những hiểu biết có giá trị về tầm quan trọng của các mạng này trong tầm nhìn của chúng ta.

Những phát hiện của nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí Science Advances.

Những bài viết liên quan: Tai nghe VR có hại cho mắt không? Metaverse từ Meta sắp tới, đây là mọi thứ bạn cần biết