Hãy tưởng tượng một vật liệu mới chế tạo ra thiết bị có thể chụp, xử lý và lưu trữ thông tin hình ảnh giống như mắt và não người. Một thiết bị như vậy có thể có nhiều ứng dụng trong các lĩnh vực yêu cầu nhận dạng hình ảnh nhanh và chính xác, chẳng hạn như ô tô tự lái, thị giác sinh học hoặc theo dõi không gian.
Xem thêm: Thermocell: Sạc thiết bị đeo từ nhiệt lượng Cơ thể.
Các nhà nghiên cứu đã phát triển một thiết bị nhỏ thực hiện chính xác điều đó, sử dụng một phần tử cảm biến gọi là oxit indi pha tạp.
Vật liệu mới Oxit indi pha tạp là gì?
Indi oxit là một vật liệu trong suốt có thể dẫn điện. Bằng cách thêm một lượng nhỏ các nguyên tố khác, chẳng hạn như thiếc hoặc kẽm, vào oxit indi, các nhà nghiên cứu có thể tạo ra oxit indi pha tạp, có tính chất quang và điện tăng cường. Indi oxit pha tạp có thể được sử dụng như một yếu tố cảm biến cho các kích thích khác nhau, chẳng hạn như ánh sáng, nhiệt độ, áp suất hoặc khí.
Thiết bị hoạt động như thế nào?
Thiết bị bao gồm hai lớp oxit indi pha tạp được kẹp giữa hai điện cực. Lớp trên cùng hoạt động như một bộ tách sóng quang, giúp chuyển đổi ánh sáng thành tín hiệu điện.
Lớp dưới cùng hoạt động như một memristor, là một loại thiết bị bộ nhớ có thể thay đổi điện trở tùy thuộc vào lượng và hướng dòng điện chạy qua nó. Memristor có thể lưu trữ các tín hiệu điện từ bộ tách sóng quang dưới dạng trạng thái điện trở, đại diện cho thông tin hình ảnh.
Thiết bị có thể thực hiện ba chức năng: cảm biến, xử lý và bộ nhớ. Cảm biến là khả năng nắm bắt thông tin trực quan từ môi trường. Xử lý là khả năng phân tích và phân loại thông tin hình ảnh dựa trên các tính năng của nó. Trí nhớ là khả năng lưu trữ và nhớ lại thông tin hình ảnh để sử dụng sau này.
Các nhà nghiên cứu đã chứng minh các chức năng này bằng cách cho thiết bị tiếp xúc với các kiểu ánh sáng khác nhau và đo phản ứng điện của nó. Họ phát hiện ra rằng thiết bị có thể cảm nhận được cường độ, màu sắc, hình dạng và chuyển động của các kiểu ánh sáng.
Nó cũng có thể xử lý thông tin hình ảnh bằng cách trích xuất các tính năng của nó và phân loại nó thành các loại khác nhau. Ví dụ, nó có thể phân biệt giữa các chữ cái và số, hoặc giữa hình tròn và hình vuông. Nó cũng có thể lưu trữ và nhớ lại thông tin hình ảnh bằng cách thay đổi và đọc các trạng thái điện trở của nó.
Ưu điểm của thiết bị là gì?
Thiết bị này có một số lợi thế so với các thiết bị thông thường sử dụng các thành phần riêng biệt để cảm nhận, xử lý và bộ nhớ. Thứ nhất, nó nhỏ gọn và tiết kiệm năng lượng vì nó tích hợp cả ba chức năng trong một thiết bị.
Thứ hai, nó nhanh và chính xác vì nó có thể thực hiện xử lý song song nhiều tính năng của thông tin hình ảnh mà không làm mất bất kỳ thông tin nào. Thứ ba, nó có khả năng thích ứng và linh hoạt, vì nó có thể điều chỉnh độ nhạy và dung lượng bộ nhớ theo các điều kiện môi trường.
Các ứng dụng tiềm năng của thiết bị là gì?
Thiết bị có tiềm năng ứng dụng trong các lĩnh vực yêu cầu nhận diện hình ảnh nhanh và chính xác như:
- Ô tô tự lái: Thiết bị có thể giúp ô tô tự lái phát hiện và tránh chướng ngại vật, nhận biết các biển báo và tín hiệu giao thông cũng như điều hướng các điều kiện đường xá phức tạp.
- Thị giác sinh học: Thiết bị này có thể giúp những người bị suy giảm thị lực phục hồi thị lực bằng cách gửi thông tin thị giác đến não của họ thông qua các điện cực.
- Hoạt động nguy hiểm: Thiết bị có thể giúp công nhân hoặc binh lính thực hiện các nhiệm vụ trong môi trường nguy hiểm bằng cách cung cấp cho họ phản hồi trực quan theo thời gian thực.
- Đánh giá thực phẩm: Thiết bị có thể giúp người tiêu dùng hoặc người kiểm tra kiểm tra chất lượng và độ tươi của thực phẩm bằng cách phát hiện màu sắc, hình dạng và kết cấu của thực phẩm.
- Pháp y: Thiết bị có thể giúp các nhà điều tra xác định nghi phạm hoặc nạn nhân bằng cách khớp các đặc điểm khuôn mặt hoặc dấu vân tay của họ với dữ liệu được lưu trữ.
- Theo dõi không gian: Thiết bị có thể giúp các nhà thiên văn học hoặc vệ tinh theo dõi các thiên thể hoặc mảnh vụn bằng cách ghi lại chuyển động và quỹ đạo của chúng.
Các nhà nghiên cứu hy vọng rằng thiết bị của họ sẽ mở đường cho các hệ thống thị giác nhân tạo tiên tiến hơn có thể bắt chước khả năng thị giác và trí nhớ của con người.