Los científicos han creado una cámara más pequeña que un milímetro y no necesita batería

Un grupo de ingenieros dirigido por Yu Sik Yong de la Universidad de Michigan, EE. UU., Creó un fotosensor, donde casi toda el área del píxel está ocupada por un área que puede generar energía y formar una imagen simultáneamente. Esto le permite hacer una cámara autónoma con un área de menos de un milímetro cuadrado. Al mismo tiempo, es capaz de disparar una calidad decente a una frecuencia de 15 cuadros por segundo. Los desarrolladores publicaron su trabajo en la revista IEEE Electron Device Letters.

Los fotodiodos que convierten la luz en corriente eléctrica son la base de las cámaras y los paneles solares. Son muy similares, solo uno ahorra la energía incidente en él y el otro registra cuánto cayó. Por lo tanto, los ingenieros han intentado durante muchos años combinar las capacidades de los paneles y las cámaras, creando matrices que pueden tomar fotos y, al mismo tiempo, alimentarse (lo que significa que no requieren una batería grande).

Hay dos enfoques para resolver este problema. El primero es tratar de hacer una matriz en la que se use el mismo espacio para disparar y para generar energía. Entonces el dispositivo saldrá pequeño, lo cual es una ventaja. Pero el inconveniente es que tendrá que cambiar entre dos modos (disparo y encendido), que utiliza una parte de la energía, y la fotomatriz no se puede disparar sin interrupción, y tiene una velocidad de fotogramas baja.

El segundo enfoque es hacer dos zonas separadas en la fotomatriz. Uno de ellos despegará, el segundo, para generar energía para esto. Podrán trabajar al mismo tiempo, pero una parte importante de cada píxel en este caso será el panel solar. La fotocélula se volverá más voluminosa y la cantidad de luz utilizada para disparar disminuirá significativamente.

El logro de los científicos de la Universidad de Michigan: por primera vez, su fotosensor es capaz de generar energía y disparar simultáneamente (con una frecuencia de hasta 15 cuadros / segundo). Su trabajo se llama "Imágenes simultáneas y recolección de energía en píxeles del sensor de imagen CMOS" ("Captura y recolección simultánea de energía en el píxel CMOS activo"). Casi toda el área de píxeles en sus fotocélulas hace frente a dos tareas a la vez.

Yu Sik Yun, Sang Yoon Pak y su equipo notaron que los diodos fotosensibles en las cámaras a nivel microscópico son bastante transparentes. Una parte significativa de la luz pasa a través de sus elementos activos. Entonces, si coloca el "panel solar" debajo de tales fotosensores, todavía recibirá una parte de la energía.

Esa es la idea. La nueva fotocélula consta de dos fotodiodos ubicados uno debajo del otro. El superior recoge parte de los agujeros (portadores de carga formados después de que los fotones derribaron a los electrones de sus posiciones), y así recibe una señal para formar una imagen. Y el inferior recoge los fotones restantes y los usa para generar energía.

Resulta un nuevo tipo de cámara, microscópica y autosuficiente, capaz de funcionar en cualquier condición donde haya iluminación, sin detenerse y sin la necesidad de recargar o reemplazar las baterías. Un dispositivo ideal para espías o para un gobierno que quiere controlar las actividades de sus ciudadanos. Esperamos un aumento en las ventas de láminas en mayúsculas.

A juzgar por las pruebas del equipo de la Universidad de Michigan, el diodo superior que forma la señal representa el 26% de la corriente total del agujero, y la célula fotovoltaica que recolecta energía - 74%. En otros sensores, esta energía simplemente no se usa.

En base a su desarrollo, los ingenieros crearon un prototipo de fotomatriz con una resolución de 100x90 píxeles y un área activa de 0.86x0.66 mm. Puede generar 30 μW de energía bajo iluminación de 120 kilo lux (día soleado). Al mismo tiempo, disparar a una frecuencia de 15 cuadros / segundo consume solo 10 μW de energía, aunque las imágenes, por supuesto, no son muy claras. A esta frecuencia, el nuevo sensor en teoría es capaz de disparar continuamente sin recarga incluso a 60 kilo-luxes (exposición directa al sol normal). Los creadores de la photomatrix señalan que tiene la mayor densidad de potencia entre todas las existentes.

En su artículo para IEEE, los ingenieros señalan que su sensor podría crear fácilmente imágenes de mayor calidad si se "socavara". El consumo de energía en el chip tampoco está optimizado. Potencialmente, la cámara podrá trabajar a velocidades de cuadro más altas y con menos luz.

Yu Sik Yun dice que su desarrollo es el más adecuado para Internet de las cosas. Los sensores inteligentes son componentes importantes de las plataformas IoT, y los nuevos fotosensores pueden operar en el factor de forma más pequeño y sin consumo de energía.

Es cierto que tampoco nada impide el uso de la cámara para espionaje o disparos encubiertos. El sensor milimétrico, de hecho, es invisible y funciona durante un período ilimitado sin la necesidad de recargar. Por supuesto, en este caso, el dispositivo no solo necesitará fotocélulas, sino también medios para almacenar y transmitir las imágenes recibidas. Las versiones microscópicas de dichos componentes todavía están en desarrollo .

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