科學(xué)家利用納米技術(shù)開發(fā)電眼 賦予微型機(jī)器人彩色視覺

佐治亞州立大學(xué)的研究人員成功地設(shè)計(jì)了一種新型的人工視覺設(shè)備，該設(shè)備采用了一種新穎的垂直堆疊結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)更大的顏色識別深度和微觀層面的擴(kuò)展。這項(xiàng)新的研究報(bào)告于2022年4月18日發(fā)表在頂級期刊ACS Nano上。

這項(xiàng)工作是朝著為微型機(jī)器人開發(fā)一個微尺度相機(jī)邁出的第一步，說明了構(gòu)建這種新型圖像傳感器的基本原理和可行性，并強(qiáng)調(diào)了微型化。團(tuán)隊(duì)利用納米技術(shù)為仿生人工視覺裝置奠定了基礎(chǔ)，該裝置使用合成方法來模仿生化過程。

為微型機(jī)器人開發(fā)一種微尺度的照相機(jī)，可以讓機(jī)器人進(jìn)入目前手段無法觸及的狹窄空間，并在醫(yī)療診斷、環(huán)境研究、制造業(yè)、考古學(xué)等方面開辟新的前景。這種生物仿生"電眼"推進(jìn)了顏色識別，這是最關(guān)鍵的視覺功能，在目前的研究中，由于普遍的顏色傳感設(shè)備難以降級，因此錯過了這個功能。

傳統(tǒng)的顏色傳感器通常采用橫向的顏色傳感通道布局，消耗了大量的物理空間，而且提供的顏色檢測精度較低。研究人員開發(fā)了獨(dú)特的堆疊技術(shù)，為硬件設(shè)計(jì)提供了一種新方法。德瓦爾斯半導(dǎo)體賦能的垂直色彩傳感結(jié)構(gòu)提供了精確的色彩識別能力，可以簡化人工視覺系統(tǒng)降維的光學(xué)鏡頭系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

這種圖像傳感器架構(gòu)所實(shí)現(xiàn)的新功能全部取決于近年來范德瓦爾斯半導(dǎo)體的快速進(jìn)展。與傳統(tǒng)的半導(dǎo)體，如硅相比，研究人員可以精確控制范德瓦爾斯材料的帶狀結(jié)構(gòu)、厚度和其他關(guān)鍵參數(shù)，以感知紅、綠、藍(lán)三種顏色。

范德瓦爾斯半導(dǎo)體授權(quán)的垂直顏色傳感器（vdW-Ss）代表了一類新出現(xiàn)的材料，其中各個原子層通過弱的范德瓦爾斯力結(jié)合在一起。它們構(gòu)成了發(fā)現(xiàn)新物理學(xué)和設(shè)計(jì)下一代設(shè)備的最突出平臺之一。