Intelligente dentro

Jun 12, 2023

6 giugno 2023

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dall'Università della Scienza e della Tecnologia King Abdullah

Sensori di immagini digitali intelligenti in grado di eseguire funzionalità di percezione visiva, come il riconoscimento delle scene, sono il risultato di una recente ricerca presso KAUST.

Sfruttando la tecnologia vincitrice del premio Nobel dei sensori di immagine CCD (dispositivo ad accoppiamento di carica) presenti nelle prime fotocamere digitali, Dayanand Kumar, Nazek El-Atab e colleghi hanno adattato e migliorato la struttura centrale del CCD per creare una memoria sensibile alla luce dispositivi che possono essere programmati dalla luce. In particolare, il gruppo di ricerca ha incorporato il materiale bidimensionale MoS2 in una struttura di condensatore a semiconduttore (MOSCAP) che è alla base dei pixel di accumulo di carica di un sensore CCD.

Le strutture MOSCAP Al/Al2O3/MoS2/Al2O3/Si risultanti funzionano come un sensore "in memoria" con intrappolamento di carica, sensibile alla luce visibile e che può essere programmato otticamente e cancellato elettricamente. Il lavoro è stato pubblicato sulla rivista Light: Science & Applications.

"I sensori di luce in memoria sono dispositivi di memoria multifunzionali intelligenti che possono svolgere i ruoli di più dispositivi, tradizionalmente discreti, contemporaneamente, incluso il rilevamento ottico, l'archiviazione e il calcolo", ha spiegato El-Atab.

"Il nostro obiettivo a lungo termine è quello di essere in grado di dimostrare sensori in memoria in grado di rilevare diversi stimoli ed eseguire calcoli", spiega El-Atab. "Ciò supera il muro della memoria e consente un'analisi dei dati più rapida e in tempo reale utilizzando un consumo energetico ridotto, che è un requisito in molte applicazioni futuristiche e all'avanguardia come Internet of Things, automobili autonome e intelligenza artificiale, tra gli altri."

Esperimenti con luce con una lunghezza d'onda ovunque nella regione spettrale dal blu al rosso indicano che una carica fotogenerata può essere intrappolata o immagazzinata con un tempo di ritenzione estremamente lungo. La tensione risultante della "finestra di memoria" di >2 V può essere conservata fino a 10 anni prima di essere cancellata elettricamente applicando un segnale di +/- 6 V. Inoltre, può essere utilizzato per molti milioni di cicli.

Lo scopo finale della ricerca è creare un unico dispositivo optoelettronico in grado di eseguire il rilevamento e l'archiviazione ottica con capacità di calcolo.

Combinando la struttura MoS2 MOSCAP con una rete neurale, il team ha dimostrato che era possibile eseguire un semplice riconoscimento binario di immagini, distinguendo con successo tra le immagini di un cane o di un'automobile, con una precisione del 91%. Ogni immagine aveva una dimensione di 32×32 pixel e dalle immagini sono state estratte solo le informazioni blu poiché corrispondono alla sensibilità di picco del dispositivo.