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(Foco Nanowerk) La visión humana proporciona un modelo para sistemas avanzados de inteligencia artificial que pueden percibir y comprender información visual. Sin embargo, la electrónica convencional se basa en la combinación de sensores de luz, unidades de memoria y circuitos lógicos independientes para intentar replicar las capacidades de visión humana. Este enfoque multicomponente aumenta el tamaño y la complejidad al tiempo que limita la capacidad del sistema artificial para emular la visión biológica.
Para superar estas limitaciones, los investigadores han buscado tecnologías integradas que absorban la luz, almacenen representaciones visuales y procesen imágenes en dispositivos únicos. Recientemente, un equipo de China desarrolló un nuevo material de doble función llamado perovskita que supone un gran avance hacia este objetivo. En una única unidad integrada, la perovskita puede detectar luz y almacenar patrones visuales inspirados en la visión humana. Esta investigación aborda el desafío de integrar aspectos clave de la visión biológica en un sistema artificial optimizado.
Los resultados fueron publicados en Materiales avanzados (“Un fotodetector y memristor de doble función basado en perovskita para la memoria visual”).
El cerebro humano integra la información visual de los ojos con centros de memoria que almacenan la información. Sin embargo, replicar artificialmente este proceso es un desafío porque requiere integrar sensores de luz, componentes de memoria y circuitos lógicos en un solo sistema. El nuevo dispositivo de perovskita supera este obstáculo al combinar capacidades de almacenamiento y detección de luz.
Las perovskitas están demostrando ser materiales prometedores para aplicaciones optoelectrónicas debido a sus excelentes propiedades de absorción de luz y su facilidad de preparación. Los investigadores aprovecharon estas ventajas para desarrollar un dispositivo de doble función que utiliza placas de microtitulación de perovskita sin plomo y yoduro de cesio-antimonio.
Una de las tareas del dispositivo es la detección de luz. Piense en la microplaca de perovskita como una esponja súper eficiente, pero para luz en lugar de agua. Puede absorber luz de una amplia gama de colores que podemos ver con nuestros ojos. Cuando se utiliza como parte de una configuración de detección de luz, funciona excepcionalmente bien.
Para que te hagas una idea, hablemos de “sensibilidad a la luz”. Piense en esto como la capacidad del dispositivo para responder a la luz. Una mayor capacidad de respuesta significa que puede detectar y responder a niveles muy bajos de luz, lo que lo hace altamente sensible. Este dispositivo de perovskita demuestra una sensibilidad a la luz de 276 mA/W para un color de luz verde específico, que es una medida muy superior a la de muchos otros dispositivos de detección de luz.
Pasemos ahora al tema del «trabajo detectivesco». Este término se refiere a qué tan bien el dispositivo puede recibir una señal de luz débil en presencia de ruido de fondo, como escuchar susurros en una habitación llena de gente. Cuanto mayor sea la capacidad de detección, mejor será la detección de señales débiles. Este dispositivo tiene una detectividad de 4,7 × 1011 Jones demuestra una vez más su rendimiento superior en comparación con la mayoría de los otros detectores de luz.
La segunda función es el almacenamiento no volátil. La perovskita actúa como un memristor, un tipo de memoria óhmica de acceso aleatorio. Aplicando un pequeño voltaje tan bajo como 0,15 V, el estado de resistencia del memristor de perovskita se puede cambiar de alto a bajo. Esta transición corresponde a escribir un bit de bandera. El dispositivo mantiene el estado escrito durante más de 7000 segundos sin degradación, lo que permite un almacenamiento confiable de información visual a largo plazo. Las propiedades memristivas permiten que los patrones visuales reconocidos por la perovskita se almacenen y luego se recuperen cuando sea necesario.
Lo que es notable es que las capacidades duales de almacenamiento y detección de luz se logran en un solo dispositivo integrado. Los investigadores demostraron una matriz de 4×4 píxeles que podía detectar una fuente de luz en movimiento, capturar el patrón de iluminación, almacenar la imagen y recuperarla más tarde cuando fuera necesario. Esto imita cómo el ojo humano percibe una escena y la almacena en los centros de memoria del cerebro.
Los patrones visuales almacenados podrían borrarse y reescribirse de manera confiable, lo que resalta la reutilización del hardware de perovskita. La combinación de un excelente rendimiento de fotodetección y una capacidad de almacenamiento visual versátil en un solo dispositivo representa un avance significativo con respecto a las tecnologías anteriores.
Los investigadores explican los principios operativos que hacen posible la doble funcionalidad. La estructura de la microplaca de perovskita y el diseño de la banda de energía promueven una absorción de luz y un transporte de carga eficientes, lo que subyace al fuerte comportamiento de fotodetección. En el lado del almacenamiento, los estímulos de voltaje movilizan iones dentro de la perovskita para formar y romper filamentos conductores. Esto cambia la resistencia y programa el estado de la memoria.
En comparación con la memoria de acceso aleatorio óhmica tradicional, la versión de perovskita tiene un consumo de energía extremadamente bajo de hasta 3×10-11 W. La baja energía de programación combinada con la potente detección de luz hace que la nueva tecnología sea muy adecuada para aplicaciones como redes neuronales artificiales de baja potencia que tienen como objetivo imitar la visión y el aprendizaje biológicos.
En el futuro, la integración de la fotodetección, el almacenamiento y el procesamiento en dispositivos de perovskita individuales podría permitir sistemas compactos similares a cámaras. Al eliminar la necesidad de combinar sensores, unidades de almacenamiento y componentes lógicos separados, el enfoque proporciona un camino hacia plataformas de inteligencia artificial y detección visual altamente integradas.
Los investigadores enfatizan que la composición sin plomo hace que esta tecnología sea más segura y sustentable que las formulaciones tradicionales de perovskita que contienen plomo. Transferir el concepto a otras perovskitas sin plomo podría ampliar aún más la gama de longitudes de onda accesibles y propiedades sintonizables.
En general, esta tecnología de memoria de imagen de perovskita de doble función ofrece un nuevo modelo para sistemas avanzados de información y detección de luz. Al replicar aspectos clave de la visión humana en un dispositivo integrado, se abren posibilidades interesantes para tecnologías como los ojos electrónicos, las redes neuronales visuales y otras aplicaciones biomiméticas. La combinación de métricas de rendimiento útiles con versatilidad y facilidad de fabricación resalta el importante potencial de las perovskitas para respaldar futuros avances en optoelectrónica.
De
Miguel
Berger
– Michael es autor de tres libros de la Royal Society of Chemistry: Nano-Society: Pushing the Boundaries of Technology, Nanotechnology: The Future is Tiny y Nanoengineering: The Skills and Tools Making Technology Invisible Copyright ©
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