El dispositivo imita al ojo humano para capturar imágenes

Científicos de la Universidad Estatal de Pensilvania han desarrollado un dispositivo que utiliza células cónicas sensibles a la luz roja, verde y azul y una red neuronal para procesar información visual y crear imágenes.

Los fotodetectores convierten la luz en señales eléctricas y son fundamentales para la óptica. Los modelos de banda estrecha se centran en espectros de luz específicos, como el rojo, el verde y el azul, que componen la luz visible. Los fotodetectores de silicio de las cámaras detectan la luz de forma aleatoria y sin diferenciación de color. Se requiere un filtro para separar la luz entrante en rojo, verde y azul, y cada color solo llega a una parte del sensor de luz, lo que resulta en una pérdida de luz de dos tercios.

Científicos de la Universidad de Penn State han desarrollado un dispositivo que imita los fotorreceptores rojos, verdes y azules y las redes neuronales del ojo humano para crear imágenes mientras se inspiran en la naturaleza. Imitando a la naturaleza, el dispositivo utilizó células cónicas que responden a la luz roja, verde y azul, y una red neuronal para procesar la información visual. Los científicos crearon una nueva matriz de sensores utilizando fotodetectores de perovskita de banda estrecha que imitan las células cónicas y las combinaron con un algoritmo neuromórfico para producir imágenes precisas.

Los investigadores postulan que el diseño evita la pérdida de información causada por el filtrado y podría permitir futuras adquisiciones de cámaras con mayor resolución espacial. Usando materiales de perovskita, los nuevos dispositivos generan electricidad mientras absorben la luz, lo que potencialmente permite cámaras sin batería. El dispositivo se parece a las células solares que generan electricidad a partir de la luz. Genera electricidad cuando se golpea con la luz, similar a nuestros ojos, que captan información de la luz sin necesidad de energía. Las perovskitas crean pares de agujeros de electrones cuando son golpeadas por la luz, y cuando se envían en direcciones opuestas, se crea una corriente eléctrica. Los científicos han desarrollado fotodetectores de banda estrecha creando perovskitas desequilibradas con un transporte de agujeros más rápido y manipulando su arquitectura.

Una matriz de sensores de perovskita recolectó información de una imagen proyectada. Un algoritmo neuromórfico de tres subcapas procesó las capas roja, verde y azul para reconstruir la imagen. Los algoritmos neuromórficos imitan el cerebro humano. El equipo intentó fusionar directamente las señales de los planos de color, pero la imagen necesitaba aclaración. El procesamiento neuromórfico produjo una imagen más precisa al imitar la red neuronal de la retina humana. La combinación de dispositivo y algoritmo ilustra la importancia de la funcionalidad de las redes neuronales para el procesamiento visual humano.

Los científicos sospechan que esta tecnología podría conducir a avances en la biotecnología de la retina artificial, reemplazando potencialmente las células dañadas y restaurando la visión.

Referencia: Yuchen Hou et al., Conjunto de sensores de perovskita de banda estrecha inspirados en la retina para imágenes pancromáticas, avances científicos (2023). DOI: 10.1126/sciadv.ade2338