ابتكر العلماء كاميرا أصغر من المليمتر ولا تحتاج إلى بطارية

أنشأت مجموعة من المهندسين بقيادة Yu Sik Yong من جامعة ميشيغان ، الولايات المتحدة الأمريكية ، مستشعر ضوئي ، حيث تشغل مساحة كاملة تقريبًا من البكسل منطقة يمكنها توليد الطاقة وتشكيل صورة في نفس الوقت. هذا يسمح لك بعمل كاميرا مستقلة بمساحة أقل من ملليمتر مربع. في نفس الوقت ، فهي قادرة على تصوير جودة لائقة بتردد 15 إطارًا في الثانية. قام المطورون بنشر أعمالهم في مجلة IEEE Electron Device Letters.

تعد الثنائيات الضوئية التي تحول الضوء إلى تيار كهربائي أساسًا لكل من الكاميرات والألواح الشمسية. إنها متشابهة للغاية ، واحد فقط يحفظ حادثة الطاقة عليها ، والآخر - يسجل كم سقطت. لذلك ، ظل المهندسون يحاولون منذ سنوات عديدة الجمع بين إمكانات اللوحات والكاميرات ، وإنشاء مصفوفات يمكن أن تلتقط الصور ، وفي الوقت نفسه إطعام أنفسهم (مما يعني أنهم لا يحتاجون إلى بطارية كبيرة).

هناك طريقتان لحل هذه المشكلة. الأول هو محاولة إنشاء مصفوفة تستخدم فيها نفس المساحة للتصوير وتوليد الطاقة. ثم سيخرج الجهاز صغيرًا ، وهو زائد. لكن النقص هو أنه يجب التبديل بين وضعين (التصوير والتشغيل) ، والذي يستخدم جزءًا من الطاقة ، ولا يمكن تصوير مصفوفة الصور بدون انقطاع ، ولها معدل إطار منخفض.

النهج الثاني هو جعل منطقتين منفصلتين في مصفوفة ضوئية. واحد منهم سيقلع ، والثاني - لتوليد الطاقة لهذا الغرض. سيكونون قادرين على العمل في نفس الوقت ، ولكن جزءًا مهمًا من كل بكسل في هذه الحالة سيكون اللوحة الشمسية. ستصبح الخلية الكهروضوئية أكبر حجمًا ، وستنخفض كمية الضوء المستخدمة في التصوير بشكل كبير.

إنجازات العلماء من جامعة ميشيغان - لأول مرة ، يكون جهاز الاستشعار الضوئي قادرًا على توليد الطاقة وإطلاق النار في وقت واحد (بتردد يصل إلى 15 إطارًا / ثانية). يُطلق على عملهم - "التصوير المتزامن وحصاد الطاقة في وحدات بكسل صورة مستشعر CMOS" ("الالتقاط المتزامن وجمع الطاقة في بكسل CMOS النشط"). تتكامل منطقة البكسل بأكملها تقريبًا في الخلية الكهروضوئية مع مهمتين في وقت واحد.

لاحظ Yu Sik Yun و Sang Yoon Pak وفريقهم أن الثنائيات الحساسة للضوء في الكاميرات على المستوى المجهري شفافة تمامًا. جزء كبير من الضوء يمر عبر عناصرها النشطة. لذا إذا وضعت "الألواح الشمسية" تحت هذه المحسات الضوئية ، فستظل تتلقى جزءًا من الطاقة.

هذه هي الفكرة. تتكون الخلية الكهروضوئية الجديدة من ديودات ضوئية تقع واحدة تحت الأخرى. يجمع الجزء العلوي جزءًا من الثقوب (تتشكل حاملات الشحن بعد أن أزالت الفوتونات الإلكترونات من مواقعها) ، وبالتالي تتلقى إشارة لتشكيل صورة. والجزء السفلي يلتقط الفوتونات المتبقية ويستخدمها لتوليد الطاقة.

اتضح نوعًا جديدًا من الكاميرا ، مجهرية وذاتية الاكتفاء ، قادرة على العمل في أي ظروف توجد فيها إضاءة ، دون توقف ودون الحاجة إلى إعادة شحن البطاريات أو استبدالها. أداة مثالية للجواسيس أو للحكومة التي تريد السيطرة على أنشطة مواطنيها. نتوقع ارتفاعًا في مبيعات الرقائق على الحد الأقصى.

استنادًا إلى اختبارات الفريق من جامعة ميشيغان ، يمثل الصمام الثنائي العلوي الذي يشكل الإشارة 26 ٪ من إجمالي تيار الثقب ، والخلية الضوئية التي تجمع الطاقة - 74 ٪. في أجهزة الاستشعار الأخرى ، ببساطة لا يتم استخدام هذه الطاقة.

بناءً على تطورهم ، أنشأ المهندسون نموذجًا أوليًا لمصفوفة ضوئية بدقة 100 × 90 بكسل ومنطقة نشطة تبلغ 0.86 × 0.66 ملم. يمكن أن تولد 30 μW من الطاقة تحت إضاءة 120 كيلو لوكس (يوم مشمس مشرق). في الوقت نفسه ، لا يستهلك التصوير بتردد 15 إطارًا / ثانية سوى 10 μW من الطاقة - على الرغم من أن الصور ، بالطبع ، ليست واضحة جدًا. عند هذا التردد ، يكون المستشعر الجديد نظريًا قادرًا على التصوير المستمر دون إعادة الشحن حتى عند 60 كيلو لوكس (التعرض الطبيعي المباشر لأشعة الشمس). لاحظ منشئو مصفوفة الصور أن لديها أعلى كثافة طاقة بين جميع الموجودة.

في مقالتهم لموقع IEEE ، لاحظ المهندسون أن مستشعرهم يمكنه بسهولة إنشاء صور عالية الجودة إذا تم "تقويضها". لم يتم تحسين استهلاك الطاقة في الشريحة أيضًا. من المحتمل أن تكون الكاميرا قادرة على العمل بمعدلات إطارات أعلى وفي إضاءة أقل.

يقول Yu Sik Yun أن تطويرهم هو الأنسب لإنترنت الأشياء. تعد المستشعرات الذكية مكونات مهمة لمنصات إنترنت الأشياء ، ويمكن أن تعمل المستشعرات الضوئية الجديدة بأصغر عامل وبدون استهلاك الطاقة.

صحيح أنه لا يوجد شيء يمنع استخدام الكاميرا في التجسس أو التصوير السري. في الواقع ، جهاز استشعار المليمتر غير مرئي ، ويعمل لفترة غير محدودة دون الحاجة إلى إعادة الشحن. بالطبع ، في هذه الحالة ، لن يحتاج الجهاز إلى خلايا ضوئية فحسب ، بل يعني أيضًا تخزين الصور المستلمة وإرسالها. لا تزال الإصدارات المجهرية لهذه المكونات قيد التطوير .

ص. س. يقدم موقع Pochtoy.com أدوات من الولايات المتحدة الأمريكية. من $ 8.99 للرطل. أولئك الذين يسجلون برمز Geektimes يحصلون على 7 دولارات لكل حساب.