Nethinden-inspirerede carbon nitrid-baserede fotoniske synapser til selektiv registrering af UV-lys

Forskere ved Seoul National University og Inha University i Sydkorea har udviklet fotofølsomme kunstige nerver, der efterligner funktioner i en nethinde ved hjælp af 2-dimensionel kulnitrid (C ₃ N ₄ ) nanodot -materialer. Yderligere, gennem de fotofølsomme kunstige nerver, der selektivt detekterede ultraviolet (UV) lys og behandlede oplysningerne, en smart vinduesplatform blev demonstreret til in situ-modulering af eksponering for UV-stråler afhængigt af graden af ​​UV-eksponering og risiko.

Neuromorf elektronik, der efterligner de biologiske nervesystemer, er lovende kandidater til at overvinde udfordringerne ved von Neurmann computingarkitektur, såsom energieffektivitet, integration med høj densitet, og databehandlingshastighed inden for kunstig intelligens (AI) og tingenes internet (IoT). Især, fotofølsom neuromorf elektronik betragtes som kerneteknologi til anvendelse af næste generations smarte sensorer, fordi de effektivt kan replikere funktionerne i biologiske synapser (sammenkobling mellem to neuroner, nøgleroller i læring og udenadslære) og opdage forskellige former for ekstern lysinformation. Imidlertid, tidligere undersøgelser var kun fokuseret på integrationen af ​​lysføling og synaptiske funktioner i en enkelt enhed, så faktiske applikationer er ikke blevet undersøgt.

Arbejdet rapporterede i januar 27 i Avancerede materialer beskriver nethinden-inspirerede fotofølsomme neuromorfe enheder ved hjælp af ultraviolet (UV) -responsivt 2-dimensionelt kulnitrid (C ₃ N ₄ ) nanodotlag til selektivt at opdage og behandle UV -eksponeringsinformation. UV -lys (bølgelængde fra 10 til 400 nm) er skadeligt for menneskers sundhed, men den menneskelige nethinde kan ikke registrere UV. Dermed, ved at efterligne nethinden, fotofølsom neuromorf elektronik, der selektivt kan detektere og behandle UV-stimuli, ville udvide den menneskelige visuelle sans ud over synligt lys og kunne anvendes på sundhedsudstyr.

Forskningsgruppen syntetiserede C ₃ N ₄ nanodots absorberer dominerende UV -lys, og dette blev introduceret som et UV-responsivt flydende portlag i transistorgeometri. De præsenterede enheder forbruger kun 18,06 fJ/synaptisk hændelse, hvilket kan sammenlignes med energiforbruget ved biologiske synapser. Desuden, forskergruppen ved Seoul National University demonstrerede in-situ modulering af eksponering for UV-lys ved at integrere enhederne med UV-transmittansmodulatorer. Disse smarte systemer ville blive videreudviklet til at kombinere detektion og dosisberegning for at bestemme, hvordan og hvornår UV-transmittans skal reduceres til forebyggende sundhedspleje.

Professor Tae-Woo Lee, en professor ved Seoul National University sagde "Denne smarte systemplatform vil være bredt anvendelig til avanceret elektronisk hud, der automatisk kan tilpasse sig det skiftende lysdosismiljø, smarte vinduer, der selektivt kan kontrollere transmittans af stærke UV -lys, smarte briller, der registrerer og blokerer skadelige UV -stråler, smarte sensorer, kunstige nethinder til bløde humanoide robotter, og neurale proteser kompatible med biologiske optiske nerver. "Lee sagde, "Udviklingen af ​​menneskelignende robotter, neurale proteser, der replikerer og udvider den menneskelige sans, og forebyggende sundhedsudstyr kan drage fordel af vores arbejde. "