Donner à la vision artificielle une meilleure reconnaissance des couleurs

Donner à la vision artificielle une meilleure reconnaissance des couleurs
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Les chercheurs de la Georgia State University ont conçu avec succès un nouveau type de dispositif de vision artificielle qui intègre une nouvelle architecture d’empilement vertical et permet une plus grande profondeur de reconnaissance des couleurs et une évolutivité au niveau micro. La nouvelle recherche est publiée dans la revue ACS Nano.

“Ce travail est la première étape vers notre destination finale – développer une caméra à micro-échelle pour les microrobots”, a déclaré le professeur adjoint de physique Sidong Lei, qui a dirigé la recherche. “Nous illustrons le principe fondamental et la faisabilité de la construction de ce nouveau type de capteur d’image en mettant l’accent sur la miniaturisation.”

L’équipe de Lei a pu jeter les bases du dispositif de vision artificielle biomimétique, qui utilise des méthodes synthétiques pour imiter les processus biochimiques, en utilisant la nanotechnologie.

« Il est bien connu que plus de 80 % des informations sont capturées par la vision dans la recherche, l’industrie, les médicaments et notre vie quotidienne », dit-il. “Le but ultime de notre recherche est de développer une caméra à micro-échelle pour les microrobots qui peuvent pénétrer dans des espaces étroits qui sont intangibles par les moyens actuels, et ouvrir de nouveaux horizons dans le diagnostic médical, l’étude environnementale, la fabrication, l’archéologie, etc.”

Cet « œil électrique » biomimétique fait progresser la reconnaissance des couleurs, la fonction de vision la plus critique, qui est manquée dans la recherche actuelle en raison de la difficulté de réduire l’échelle des dispositifs de détection de couleur dominants. Les capteurs de couleur conventionnels adoptent généralement une disposition de canal de détection de couleur latérale et consomment une grande quantité d’espace physique et offrent une détection de couleur moins précise.

Les chercheurs ont développé la technique d’empilement unique qui offre une nouvelle approche de la conception matérielle. Il dit que la structure de détection de couleur verticale à semi-conducteur de van der Waals offre une capacité de reconnaissance précise des couleurs qui peut simplifier la conception du système de lentilles optiques pour la réduction d’échelle des systèmes de vision artificielle.

Ningxin Li, un étudiant diplômé du studio des matériaux fonctionnels du Dr Lei qui faisait partie de l’équipe de recherche, affirme que les récents progrès technologiques rendent la nouvelle conception possible.

“La nouvelle fonctionnalité obtenue dans notre architecture de capteur d’image dépend entièrement des progrès rapides des semi-conducteurs de van der Waals au cours des dernières années”, déclare Li. “Par rapport aux semi-conducteurs conventionnels, tels que le silicium, nous pouvons contrôler avec précision la structure, l’épaisseur et d’autres paramètres critiques de la bande du matériau de van der Waals pour détecter les couleurs rouge, verte et bleue.”

Le capteur de couleur vertical à semi-conducteurs de van der Waals (vdW-Ss) représente une nouvelle classe de matériaux, dans laquelle des couches atomiques individuelles sont liées par de faibles forces de van der Waals. Ils constituent l’une des plateformes les plus importantes pour découvrir de nouvelles physiques et concevoir des dispositifs de nouvelle génération.

« L’ultra-minceur, la flexibilité mécanique et la stabilité chimique de ces nouveaux matériaux semi-conducteurs nous permettent de les empiler dans des ordres arbitraires. Ainsi, nous introduisons en fait une stratégie d’intégration tridimensionnelle contrairement à la disposition actuelle de la microélectronique planaire. La densité d’intégration plus élevée est la principale raison pour laquelle l’architecture de nos appareils peut accélérer la réduction d’échelle des caméras », déclare Li.

La technologie est actuellement en instance de brevet auprès de l’Office of Technology Transfer & Commercialization (OTTC) de l’État de Géorgie. L’OTTC prévoit que cette nouvelle conception sera d’un grand intérêt pour certains partenaires de l’industrie. « Cette technologie a le potentiel de surmonter certains des principaux inconvénients rencontrés avec les capteurs actuels, déclare le directeur de l’OTTC, Cliff Michaels. “À mesure que la nanotechnologie progresse et que les appareils deviennent plus compacts, ces capteurs de couleur plus petits et très sensibles seront incroyablement utiles.”

Les chercheurs pensent que la découverte pourrait même engendrer des avancées pour aider un jour les malvoyants.

“Cette technologie est cruciale pour le développement d’yeux électroniques biomimétiques ainsi que d’autres dispositifs prothétiques neuromorphiques”, déclare Li. “La fonction de détection des couleurs et de reconnaissance d’image de haute qualité peut offrir de nouvelles possibilités de perception des éléments colorés pour les malvoyants à l’avenir.”

Lei dit que son équipe continuera à faire avancer ces technologies avancées en utilisant ce qu’ils ont appris de cette découverte.

« C’est un grand pas en avant, mais nous sommes toujours confrontés à des défis scientifiques et techniques, par exemple l’intégration à l’échelle d’une tranche. Les capteurs d’images commerciaux peuvent intégrer des millions de pixels pour fournir des images haute définition, mais cela n’a pas encore été implémenté dans notre prototype », dit-il. « Cette intégration à grande échelle de dispositifs semi-conducteurs de van der Waals est actuellement un défi critique à relever par l’ensemble de la société de recherche. Avec nos collaborateurs à l’échelle nationale, c’est là que notre équipe consacre ses efforts.

Référence: Li N, Okmi A, Jabegu T, et al. Van der Waals Semiconductor Empowered Vertical Color Sensor. ACS Nano. Publié en ligne le 18 avril 2022. doi:10.1021/acsnano.1c09875

Cet article a été republié à partir des documents suivants. Remarque : le matériel peut avoir été modifié pour la longueur et le contenu. Pour plus d’informations, veuillez contacter la source citée.

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