الترانزستور الضوئي الجديد يضبط الضوء مثل العيون

مستوحاة من قدرة العين البشرية المذهلة على التكيف، طور باحثون من معهد المعادن التابع للأكاديمية الصينية للعلوم ترانزستورًا ضوئيًا جديدًا يتمتع بحساسية قابلة للضبط. يمكن أن يكون حلاً فعالاً للتعرف على التفاصيل منخفضة التباين في البيئات المرئية المعقدة، وهي مهمة صعبة لأنظمة الرؤية الآلية الحديثة.

غالبًا ما تفشل أجهزة الكشف الضوئي التقليدية في إنتاج استجابة كهربائية كافية للتغيرات الصغيرة في شدة الضوء، مما يتسبب في فقدان أشياء مهمة في ضجيج الخلفية. وعلى النقيض من ذلك، يمكن لشبكية العين ضبط حساسيتها ديناميكيًا للتركيز على نطاقات سطوع معينة. وقد بدا تنفيذ آلية التكيف هذه في الأجهزة الإلكترونية المدمجة أمرًا مستحيلًا حتى الآن.

تحول المخترعون مباشرة إلى علم الأحياء. لقد قاموا بدمج بنية حساسة للضوء مصممة خصيصًا في بوابة الترانزستور استنادًا إلى ثاني كبريتيد الموليبدينوم MoS₂.

عنصر التصميم الرئيسي – الصمام الثنائي غير المتجانس مصنوع من MoS₂ نقي وMoS₂ معالج ببلازما الأكسجين. مثل البروتينات الحساسة للضوء في العين البشرية، تتغير الموصلية الكهربائية لهذا الصمام الثنائي ديناميكيًا اعتمادًا على شدة الضوء الساقط. يؤثر هذا على توزيع الجهد الداخلي لقناة الترانزستور، مما يسمح بتعديل “نافذة الحساسية” بدقة باستخدام بوابة خارجية محتملة.

ونتيجة لذلك، يمكن تكوين الجهاز بحيث يستجيب بقوة فقط لنطاق ضيق محدد مسبقًا من شدة الضوء – حيث تسقط إشارة الهدف منخفضة التباين – مع تجاهل عناصر الخلفية الأكثر سطوعًا أو الأكثر قتامة بشكل فعال.

ونشرت نتائج التجارب في المجلة الضوء: العلوم والتطبيقات – وهم مثيرون للإعجاب. بفضل التكنولوجيا المستوحاة من الطبيعة، تمت زيادة حساسية المنتج الجديد للتفاصيل منخفضة التباين بمقدار 1000 مرة مقارنة بأجهزة الكشف الضوئي التقليدية، في حين أنه يتمتع بحصانة رائعة من الضوضاء.

إن المصفوفة الحساسة للضوء لهذه الترانزستورات تتفوق بشكل كبير على أجهزة الاستشعار التقليدية. فهو يتعرف بشكل ثابت وواضح على الكائنات ذات التباين المنخفض جدًا بالنسبة للخلفية. وهذا يمهد الطريق للجيل القادم من أنظمة الرؤية الآلية المدمجة التي يمكنها رؤية الأشياء التي تفوتها التكنولوجيا الحالية بسهولة.