Entrada inteligente

Jun 12, 2023

6 de junio de 2023

Este artículo ha sido revisado de acuerdo con el proceso editorial y las políticas de Science X. Los editores han destacado los siguientes atributos al tiempo que garantizan la credibilidad del contenido:

comprobado

publicación revisada por pares

fuente confiable

corregir

por la Universidad de Ciencia y Tecnología Rey Abdullah

Los sensores de imágenes digitales inteligentes que pueden realizar capacidades de percepción visual, como el reconocimiento de escenas, son el resultado de una investigación reciente en KAUST.

Aprovechando la tecnología ganadora del Premio Nobel de los sensores de imagen del dispositivo de carga acoplada (CCD) que se encuentra en las primeras cámaras digitales, Dayanand Kumar, Nazek El-Atab y sus colaboradores han adaptado y mejorado la estructura central del CCD para crear una memoria sensible a la luz. Dispositivos que pueden ser programados por luz. En particular, el equipo de investigación incrustó el material bidimensional MoS2 en una estructura de condensador semiconductor (MOSCAP) que sustenta los píxeles de almacenamiento de carga de un sensor CCD.

Las estructuras MOSCAP de Al/Al2O3/MoS2/Al2O3/Si resultantes funcionan como un sensor "en memoria" que atrapa la carga, que es sensible a la luz visible y puede programarse ópticamente y borrarse eléctricamente. El trabajo fue publicado en la revista Light: Science & Applications.

"Los sensores de luz en memoria son dispositivos de memoria multifuncionales inteligentes que pueden desempeñar las funciones de múltiples dispositivos, tradicionalmente discretos, a la vez, incluida la detección óptica, el almacenamiento y la computación", explicó El-Atab.

"Nuestro objetivo a largo plazo es poder demostrar sensores en memoria que puedan detectar diferentes estímulos y computar", explica El-Atab. "Esto supera el muro de la memoria y permite un análisis de datos más rápido y en tiempo real con un consumo de energía reducido, que es un requisito en muchas aplicaciones futuristas y de vanguardia, como Internet de las cosas, automóviles autónomos e inteligencia artificial. entre otros."

Los experimentos con luz con una longitud de onda en cualquier parte de la región espectral azul a roja indican que una carga fotogenerada se puede atrapar o almacenar con un tiempo de retención extremadamente prolongado. El voltaje de "ventana de memoria" resultante de >2 V se puede almacenar hasta 10 años antes de borrarse eléctricamente aplicando una señal de +/-6 V. Además, puede funcionar durante muchos millones de ciclos.

El objetivo final de la investigación es crear un único dispositivo optoelectrónico que pueda realizar detección óptica y almacenamiento con capacidades informáticas.

Al combinar su estructura MoS2 MOSCAP con una red neuronal, el equipo demostró que era posible realizar un reconocimiento de imagen binario simple, distinguiendo con éxito entre imágenes de un perro o un automóvil, con una precisión del 91%. Cada imagen tenía un tamaño de 32 × 32 píxeles, y solo se extrajo la información azul de las imágenes, ya que corresponde a la sensibilidad máxima del dispositivo.

Al equipo ahora le gustaría desarrollar aún más el nivel de control óptico. "Los dispositivos de memoria actuales se pueden programar ópticamente pero requieren borrarse eléctricamente", comentó Kumar. "En el futuro, nos gustaría explorar sensores ópticos en memoria que puedan operarse completamente ópticamente".

En un trabajo relacionado publicado en Advanced Materials, también sobre el tema del uso de la optoelectrónica para realizar tareas de percepción visual artificial, el equipo exploró el uso del fósforo negro para crear una sinapsis memristiva optoelectrónica que imita las neuronas del cerebro para aplicaciones informáticas neuromórficas.

Su dispositivo multicapa consta de una capa delgada de fósforo negro y óxido de hafnio que se intercala entre una capa inferior de platino y una capa superior de cobre. Funciona como un memristor optoelectrónico, una resistencia cuya resistencia eléctrica puede programarse mediante luz visible.

Los experimentos indican que ofrece características sinápticas muy estables, como potenciación a largo plazo (un aumento duradero en la salida de la señal), depresión a largo plazo (una disminución duradera en la salida de la señal) y plasticidad a corto plazo (cambio en la respuesta). con el tiempo), que son todos comportamientos neuronales importantes.

El equipo construyó una matriz sináptica de 6 × 6 a partir de los dispositivos y, en el futuro, esperan que matrices más grandes puedan ayudar a crear una retina biomimética. Es importante destacar que los dispositivos se pueden fabricar de manera rentable mediante el procesamiento de soluciones y son flexibles con un funcionamiento estable con un radio de curvatura de 1 centímetro, lo que ofrece posibilidades para aplicaciones portátiles.

Más información: Dayanand Kumar et al, Sinapsis memristivas optoelectrónicas basadas en fósforo negro procesables en solución flexible para computación neuromórfica y aplicaciones de percepción visual artificial, Materiales avanzados (2023). DOI: 10.1002/adma.202300446