Физики создали вдохновленный сетчаткой фотодиод для машинного зрения

Сегодня системы из сенсоров и машинного обучения позволяют компьютерам быстро обрабатывать изображения и видео. Технология машинного зрения уже используется в производстве массово потребляемых товаров, магазины интегрируют ее в весы для определения типа продукта, статистики считают с ее помощью пассажиропотоки.

Машинное зрение позволяет автоматизировать контроль дефектов, проверки маркировок, сортировку посылок, определять растения и грибы по фотографии. При этом технологии есть куда развиваться.

Два основных типа сенсоров для машинного зрения либо фиксируют отдельные кадры с заданной периодичностью, либо следят за изменениями яркости. Оба типа обрабатывают информацию с меньшей детализацией и скоростью, чем человеческая сетчатка.

В клетках сетчатки ученые обнаружили линзы из митохондрий Плотное скопление митохондрий в колбочках позволяет концентрировать свет на рецепторных белках, расположенных за ними. naked-science.ru

Международная группа ученых разработала сенсорное устройство, повторяющее слоистую структуру сетчатки. О фотодиоде нового типа они рассказали в статье для журнала Nature Nanotechnology.

«Мы представляем событийный ретиноморфный фотодиод (RPD), имитирующий слоистую структуру и сигнальный путь сетчатки. RPD достигает этого за счет вертикальной интеграции органического донор-акцепторного гетероперехода, ионного резервуара с пористой сетчатой морфологией и барьера Шоттки в единый диод посредством контролируемого послойного производства и точной модуляции наноструктуры», — написали авторы статьи Цзицзе Линь (Qijie Lin), Цунци Ли (Congqi Li) и их коллеги.

Разработанная научно-технической коллаборацией структура состоит из трех ключевых компонентов: органического донорно-акцепторного гетероперехода, ионного резервуара из пористых наноструктур и барьера Шоттки. Первый облегчает перенос электрического заряда, второй хранит и высвобождает ионы, имитируя передачу сигналов в биологических тканях. Барьер Шоттки — переход энергетических уровней между полупроводником и металлом, он позволяет току течь свободно только в одном направлении.

Ретиноморфный фотодиод: a) ТЭМ-изображения среза, b) карта распределения химических элементов в диоде, рентгеновская спектроскопия, c) микрофотография RPD, d) иллюстрация структуры, e) параметры фототока, квантового выхода фотолюминесценции, емкости на частоте 10 килогерц и процент модуляции фотоответа для разных покрытий, f) расчеты состава ионного резервуара, g) ТЭМ-изображение слоя-резервуара / © Nature Nanotechnology (2025). DOI: 10. 1038/s41565-025-01973-6

«Каждый компонент воспроизводит ключевой процесс, происходящий на сетчатке глаза, а их спонтанное взаимодействие позволяет системе адаптироваться к изменениям среды. Вся созданная нами конструкция обеспечивает динамический диапазон свыше 200 децибел, значительно снижает шум и избыточность обрабатываемой информации. Она также позволяет формировать системы высокой плотности из таких диодов. Мы показали, что проведенные нами улучшения обеспечивают высокое качество машинного зрения даже в экстремальных условиях освещения», — отметили ученые.

В тестах новый RPD превзошел другие фотодиоды, использующиеся в задачах машинного зрения. В будущем ученые надеются улучшить показатели ретиноморфных фотодиодов для широкого круга практических задач.