Разработан визуальный сенсор с внутренней обработкой
Китайские ученые разработали ионно-электронный фотодатчик с внутрисенсорной обработкой. Эта технология может преодолеть некоторые ограничения человеческого зрения, включая дефицит цветового восприятия.
Достижение на стыке нейроморфной инженерии и фотоники описано в журнале Nature Communications. В его основе — многослойный фотодетектор из тиофосфата меди-индия CuInP₂S₆ (CIPS), ван-дер-ваальсова сегнетоэлектрика, поддерживающего как ионную, так и электронную проводимость.
Благодаря подвижности ионов Cu+ устройство демонстрирует нелинейные и зависящие от истории фотометрические отклики, что позволяет динамически настраивать его чувствительность к свету. Эта переконфигурируемость дает возможность выборочно усиливать слабые сигналы или подавлять засвеченные участки — функциональность, которая может компенсировать недостатки человеческого зрения, такие как плохая адаптация к контрасту или нарушение цветового восприятия.
«Это шаг к встроенным вычислениям в сенсорах — парадигме, при которой часть вычислений физически встроена в сам датчик. Вместо простого преобразования света в электрические сигналы наше устройство обрабатывает информацию в процессе ее захвата. Это не только снижает энергопотребление, но и обеспечивает быстрые адаптивные зрительные реакции»,— рассказал ведущий автор Хай Хуан из Фуданьского университета.
Одно из наиболее перспективных направлений этой технологии — помощь людям с нарушениями цветового зрения (дальтонизмом). Способность устройства перераспределять спектральный контраст и модулировать чувствительность в реальном времени может обеспечить адаптивную предварительную обработку изображений — например, усиление контраста между красным и зеленым.
Это открывает путь к созданию зрительных систем на чипах или протезных компонентов, улучшающих различимость цветов и распознавание объектов в сложных визуальных сценах.
Фотодетектор также способен выполнять базовые операции с изображениями, такие как устранение шума, усиление контраста и инверсия фильтрации — все это непосредственно внутри элемента. Таким образом, ему не нужны дополнительные схемы, такой подход позволяет избегать узких мест в передаче данных и энергозатрат.
Примечательно, что фотометрические реакции сенсора — например, переключение между положительным и отрицательным откликом на яркость, — меняются в зависимости от истории освещения. Эти динамические свойства напоминают биологическую адаптацию живого зрения, но превосходят его по гибкости и скорости.
«Будущее искусственного зрения — не просто копирование биологии, а выход за ее пределы, — подчеркнул Хуан. — С ионно-электронными материалами мы можем встраивать интеллект на уровне материала. Это открывает возможности для адаптации в реальном времени, включая потенциальные преимущества для людей с ослабленным зрением».
В перспективе планируется масштабировать технологию до двумерных сенсорных матриц и изучить ее интеграцию в нейроморфные системы обработки изображений. Что касается помощи дальтоникам — это долгосрочная цель, но первые шаги на пути к ней сделаны.
