Vědci zabývající se materiály vytvořili elektrochemické oko se sítnicí z perovskitových nanovláken

Lidské oči mají díky konkávní hemisférické sítnici a složkám nitrooční tekutiny regulujícím světlo široké zorné pole 150–160 stupňů, vysoké rozlišení jedné úhlové minuty (jedna šedesátina stupně) a dobré přizpůsobivost. Na základě toho mají vědci a inženýři zájem o vývoj umělého analogu. Očekává se, že najde uplatnění v robotice.

Nejsou krásné oči? Prohlédněte si naši galerii:

V sítnici lidského oka jsou tyčinky (odpovědné za smaragdově zelenou oblast spektra a poskytující noční vidění) a čípky (fialově modré, zelenožluté a žlutočervené oblasti spektra). Jejich hustota dosahuje deseti milionů na centimetr čtvereční s průměrným krokem tři mikrometry, což vytváří tak vysoké rozlišení. K dnešnímu dni inženýři vyrábějí cenově dostupné senzory založené na nábojově vázaných zařízeních a komplementárních kovových-oxidových-polovodičových strukturách, které využívají hlavně plochou architekturu díky běžnému procesu výroby plochých čipů. Podobná zařízení již dosáhla podobného rozlišení, ale vzhledem k technologické náročnosti získávání zařízení ve formě polokoulí se prakticky nerealizují. Kromě toho vědci v poslední době aktivně vyvíjejí pole hybridních perovskitů absorbujících světlo jako fotodetektory.

Zhiyong Fan a kolegové z Hong Kong University of Science and Technology představili umělý vizuální systém založený na sférických elektrochemických očích s hemisférickou sítnicí vyrobenou z hustého pole hybridních perovskitových nanovláken citlivých na světlo. Jako analog sklivce použili kapalný iontový elektrolyt a dráty z tekutého kovu spojovaly světlocitlivou strukturu s výstupními kontakty. Takový systém vykazoval nízký detekční limit a široké zorné pole. Navíc se ukázalo, že fotocitlivá vrstva je hustší než vrstva lidského oka, což zvyšuje rozlišení vizuálního systému.

Vědci získali takové oko následovně. Pomocí polokulových forem ohýbali hliníkovou fólii o tloušťce půl milimetru, aby vytvořili polokulovou skořepinu, která byla následně eloxována a vytvořila 40 mikrometrů silnou vrstvu porézního oxidu hlinitého s danou velikostí pórů. Poté autoři nanesli olovo na dno pórů hliníkové matrice elektrolytickým nanášením a poté povrch vyleptali, aby se zbavili nevyplněné matrice a zbývajícího hliníku. Výsledné filmy byly přeneseny do trubkové pece a podrobeny přeměně na nanodrátky perovskitu – formamidinium jodidu olovnatého. Pro zvýšení adheze byla na povrch filmů nanesena vrstva india o síle 20 nanometrů.

Stále přemýšlíte, jestli jsou oči krásné? Druhá galerie na stejné téma:

Kontaktní pole vědců z tekutých kovů poskytlo polydimethylsiloxanovou formu ve formě ježek (tento formulář byl vytištěn na 3D tiskárně). V měkkých zkumavkách zaplavili tání Indie a Gaul a pak kombinovali tvar s fotocitlivou vrstvou. Aby se zabránilo bodovému spojení každého pixelového pixelu, vědci použili tekutý kov, který nezávisle vytvoří kontakt kvůli povrchovému napětí. V přední hliníkové hemisféře autoři práce vytvořili díru a zbytek hemisféry byl pokryt wolfram, který slouží jako anti -elektroda pro elektrochemický optický detektor. Sledovali hemisféry navzájem epoxidovým lepidlem, kapalný iontový elektrolyt bis (triformethylsulfinium) byl zaplaven do vnitřní oblasti, obraz a jodid 1-3-methylimidazol a na konci přilepili se sbírající čočky do otvor přední hemisféry. Autoři vytvořili prototyp se stovkami pixelů s rozlišením 1,6 milimetrů v důsledku tloušťky kapalných vodičů, což je obtížné snížit na několik mikrometrů, ale v budoucnu mají v úmyslu použít mikrodie v mikrofinu v mikrofinu.

Assis z perovskite nano potrubí má minimální rozlišení 500 nanometrů, což odpovídá hustotě pixelů 460 milionů na čtvereční centimetr, což je mnohem více než v lidské sítnici, která může potenciálně použít v optických senzorch pro simulaci lidských očí , pokud vyřešíte problém s elektrickým kontaktem každého pixelu.

Aby otestovali kvalitu fotodetekce, vědci provedli sérii experimentů s pixely. Doba odezvy a zotavení byla 32 a 40,8 milisekund, v daném pořadí. Úpravou povrchové struktury a zvýšením koncentrace iontového elektrolytu vědci snížili odpor kontaktního přechodu a dosáhli hodnot 19,2 a 23,9 milisekund, což je dvakrát rychleji než u lidského oka (40-150 milisekund ), ale zvýšení koncentrace iontového elektrolytu vede ke zvýšení ztráty světla při průchodu hustší vrstvou, a proto bude nutné i tento problém v budoucnu řešit.

Vědci měřili závislost fotoproudu na síle dopadajícího záření v širokém rozsahu od 0,3 mikrowattů do 50 miliwattů na centimetr čtvereční a zjistili, že odezva se zvyšuje s klesajícím výkonem záření. Takový systém může dosáhnout fotoproudu 303,2 miliampérů na watt, což překonává stávající elektrochemické fotodetektory a je na stejné úrovni jako polovodičové fotodetektory založené na perovskitových nanovláknech. Po 64 800 cyklech provozu autoři nezaznamenali žádnou ztrátu výkonu.

Aby určili přímou schopnost očí detekovat obrazy, otestovali inženýři písmena I, E, Y a A. Výsledný obraz je černobílý, protože na rozdíl od lidského oka existuje pouze jeden prvek pohlcující světlo. látky v takovém systému. Ve srovnání s plochými optickými senzory poskytuje hemisférický tvar elektrochemického oka rovnoměrnější vzdálenost mezi pixely a čočkou, což má za následek širší zorné pole a lepší zaostření na každý pixel.

Vědci vyvíjejí nejen oči pro roboty, ale také modernizují lidské oči. Před dvěma lety čínští vědci vyvinuli pleť citlivou na světlo se schopností autonomní funkce díky vibrační energii mrkání. Takové zařízení lze přímo napojit na mozek a použít jako umělou sítnici.