Un dispositivo optoelectrónico imita la visión humana para una informática diversificada en sensores

Para darle sentido al mundo, la mayoría de los humanos dependen en gran medida de su visión. Investigaciones recientes sugieren que el sistema visual humano es jerárquico, lo que significa que procesa información en diferentes niveles, desde el procesamiento de bajo nivel de estímulos sensoriales hasta el procesamiento de alto nivel asociado con capacidades cognitivas más avanzadas.

Recientemente, los científicos informáticos han intentado desarrollar sistemas que imiten la estructura jerárquica del sistema visual humano para abordar diferentes niveles de procesamiento de información de manera efectiva. Un enfoque propuesto para lograr esto es la computación en el sensor, que implica la integración de funciones de detección, memoria y procesamiento en un solo dispositivo.

Investigadores de la Universidad de Tsinghua desarrollaron recientemente un nuevo y prometedor dispositivo optoelectrónico para la informática diversificada en sensores. Este dispositivo, presentado en un artículo publicado en Nanotecnología de la naturalezase basa en una gama totalmente integrada de memristores optoelectrónicos (OEM), componentes de hardware que pueden procesar y almacenar información.

«La integración monolítica a gran escala de la informática en sensores basada en dispositivos emergentes con circuitos complementarios de semiconductores de óxido metálico (CMOS) sigue siendo un desafío y carece de demostraciones funcionales a nivel de hardware», escribieron Heyi Huang, Xiangpeng Liang y sus colegas en su artículo. .

«Presentamos una matriz de 1 kb totalmente integrada con celdas de memristor optoelectrónico (OEM) de un transistor y 128 × 8 y circuitos CMOS de silicio, que presenta una funcionalidad multimodo configurable que abarca tres modos diferentes de memristor electrónico, OEM dinámico y no- OEM volátil (NV-OEM).»

El dispositivo presentado por los investigadores aprovecha la electricidad y la luz para procesar información y almacenar datos simultáneamente, lo cual es esencial para las aplicaciones informáticas en sensores. Los OEM tienen una estructura en capas con varios materiales (Pd/TiO_incógnita/ZnO/TiN) colocados uno encima del otro.

En particular, la matriz OEM totalmente integrada del equipo tiene diferentes modos de operación configurables. Estos modos permiten que el sistema imite el procesamiento jerárquico de información del sistema visual humano.

«Estos modos se configuran modulando la densidad de carga dentro de las vacantes de oxígeno mediante operaciones ópticas y eléctricas sinérgicas, como lo confirma la microscopía electrónica de transmisión de barrido de contraste de fase diferencial», escribieron Huang, Liang y sus colegas.

Hasta ahora, los investigadores han evaluado su dispositivo basado en OEM en una serie de experimentos iniciales, usándolo para ejecutar algoritmos de visión por computadora. Sus hallazgos fueron muy prometedores, ya que la matriz OEM permitió buenas precisiones en las tres tareas visuales en las que se probó, y al mismo tiempo consumió menos energía.

«Utilizando este sistema OEM, se demuestran tres tareas de procesamiento visual: preprocesamiento sensorial de imágenes con una precisión de reconocimiento mejorada del 85,7 % al 96,1 % mediante el modo NV-OEM, seguimiento de objetos más avanzado con una precisión del 96,1 % utilizando OEM dinámico y NV. -Modos OEM y reconocimiento de movimiento humano con un sistema informático de depósito en sensor totalmente basado en OEM que logra una precisión del 91,2%», escribieron Huang, Liang y sus colegas.

«Una prueba comparativa a nivel de sistema muestra además que consume 20 veces menos energía que las unidades de procesamiento de gráficos».

El reciente estudio realizado por este equipo de investigadores presenta una nueva plataforma optoelectrónica rentable que podría resultar ventajosa para la realización de una variedad de aplicaciones informáticas en sensores. Como parte de sus próximos estudios, Huang, Liang y sus colegas podrían optimizar aún más el rendimiento de su sistema, por ejemplo, utilizando materiales transparentes en el electrodo superior del OEM para aumentar su tasa de absorción de luz.

© 2024 Red Ciencia X