Kamera funktioniert wie menschliches Auge

Mai 17, 2023

Perowskit-Fotosensoren in Gerät der Pennsylvania State University unterscheiden viele Farben

Ein von der Natur inspiriertes Gerät von Forschern der Pennsylvania State University (https://www.psu.edu/) (Penn State) erzeugt Bilder, indem es die roten, grünen und blauen Fotorezeptoren sowie das neuronale Netzwerk des menschlichen Auges nachahmt. Die drei eingesetzten Fotosensoren bestehen aus Materialien mit Perowskit-Struktur, die Rot-, Grün- und Blautöne erfassen, so wie die Zapfen in der Netzhaut des Auges. Die von diesen natürlichen Sensoren erfassten optischen Eindrücke werden von einem ebenfalls natürlichen neuronalen Netzwerk verarbeitet, sodass das Gehirn darauf farbige Bilder erstellt.

Keine 08/15-Kamera

Auf Basis Künstlicher Intelligenz verarbeitet das Hightech-Auge die Infos der drei Perowskit-Fotosensoren und setzt sie zu Bildern zusammen. Kann doch jede Smartphone-Kamera, könnte man einwenden. „Aber nicht so gut wie unser Gerät“, sagt Forscher Kai Wang. Normale Fotosensoren auf Siliziumbasis erfassen nur Licht, sie unterscheiden nicht nach Farben. Um das zu ändern, werden Filter eingesetzt, die die Rot-, Grün- und Blautöne trennen. Diese Filter schlucken einen Teil des Lichts, das Objekte aussenden. Zudem verringern sie die Auflösung der Bilder, also die Bildschärfe, und komplizieren den Herstellungsprozess, verteuern ihn also.

Perowskite sind natürlich vorkommende Mineralien mit charakteristischer Struktur. Diese ahmen Forscher in aller Welt nach, setzen aber unterschiedliche Werkstoffe ein, um die jeweiligen Ziele zu erreichen. In den meisten Fällen werden aus diesen Perowskit-Hybriden Solarzellen hergestellt, die einen hohen Wirkungsgrad haben, weil das Material rekordverdächtig viel Licht einfängt und in Strom umwandelt.

Batterielose Kamera

Genau diese Eigenschaft will Wang in seinem künstlichen Auge zusätzlich nutzen. Die Perowskit-Zapfen sollen nebenbei Licht in elektrische Energie umwandeln, was die Tür zu batterielosen Kameras öffnet. „Die Struktur des Geräts ähnelt Solarzellen, die Licht zur Stromerzeugung nutzen. „Sobald es Licht empfängt, erzeugt es Strom. Wie unsere Augen müssen wir also keine Energie aufwenden, um farbige Bilder zu erzeugen“, so Luyao Zheng, Postdoktorand an der Penn State.

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