Les scientifiques ont créé un appareil photo plus petit qu'un millimètre et n'ont pas besoin d'une batterie

Un groupe d'ingénieurs dirigé par Yu Sik Yong de l'Université du Michigan, aux États-Unis, a créé un photocapteur, où presque toute la zone du pixel est occupée par une zone qui peut simultanément générer de l'énergie et former une image. Cela vous permet de créer un appareil photo autonome avec une zone inférieure à un millimètre carré. En même temps, il est capable de filmer une qualité décente à une fréquence de 15 images par seconde. Les développeurs ont publié leurs travaux dans la revue IEEE Electron Device Letters.

Les photodiodes qui convertissent la lumière en courant électrique sont à la base des caméras et des panneaux solaires. Ils sont très similaires, un seul enregistre l'incident d'énergie et l'autre - enregistre combien il est tombé. Par conséquent, les ingénieurs tentent depuis de nombreuses années de combiner les capacités des panneaux et des caméras, créant des matrices qui peuvent prendre des photos, et en même temps se nourrir (ce qui signifie qu'elles ne nécessitent pas une grande batterie).

Il existe deux approches pour résoudre ce problème. La première consiste à essayer de créer une matrice dans laquelle le même espace est utilisé pour la prise de vue et la génération d'énergie. Ensuite, l'appareil sortira petit, ce qui est un plus. Mais l'inconvénient est qu'il devra être commuté entre deux modes (prise de vue et mise sous tension), qui utilise une partie de l'énergie, et la photomatrix ne peut pas être prise sans interruption, et elle a une faible fréquence d'images.

La deuxième approche consiste à créer deux zones distinctes dans la photomatrice. L'un d'eux décollera, le second - pour générer de l'énergie pour cela. Ils pourront travailler en même temps, mais une partie importante de chaque pixel dans ce cas sera le panneau solaire. La cellule photoélectrique deviendra plus volumineuse et la quantité de lumière utilisée pour la prise de vue diminuera considérablement.

La réalisation de scientifiques de l'Université du Michigan - pour la première fois, leur photocapteur est capable de générer simultanément de l'énergie et des prises de vue (avec une fréquence allant jusqu'à 15 images / s). Leur travail s'intitule «Imagerie simultanée et récupération d'énergie dans les pixels du capteur d'image CMOS» («Capture et collecte simultanées d'énergie dans le pixel CMOS actif»). Presque toute la zone de pixels de leur photocellule fait face à deux tâches à la fois.

Yu Sik Yun, Sang Yoon Pak et leur équipe ont remarqué que les diodes photosensibles des caméras au niveau microscopique sont assez transparentes. Une partie importante de la lumière passe à travers leurs éléments actifs. Donc, si vous placez le "panneau solaire" sous de tels photocapteurs, il recevra toujours une partie de l'énergie.

C’est l’idée. La nouvelle photocellule se compose de deux photodiodes situées l'une en dessous de l'autre. Celui du haut recueille une partie des trous (porteurs de charges formés après que les photons ont éliminé les électrons de leurs positions), et reçoit ainsi un signal pour former une image. Et celui du bas récupère les photons restants et les utilise pour générer de l'énergie.

Il s'avère un nouveau type d'appareil photo, microscopique et autosuffisant, capable de fonctionner dans toutes les conditions d'éclairage, sans s'arrêter et sans avoir besoin de recharger ou de remplacer les piles. Un appareil idéal pour les espions ou pour un gouvernement qui veut contrôler les activités de ses citoyens. Nous nous attendons à une augmentation des ventes de feuilles sur les bouchons.

À en juger par les tests de l'équipe de l'Université du Michigan, la diode supérieure qui forme le signal représente 26% du courant total du trou et la cellule photovoltaïque qui recueille l'énergie - 74%. Dans d'autres capteurs, cette énergie n'est tout simplement pas utilisée.

Sur la base de leur développement, les ingénieurs ont créé un prototype de photomatrice avec une résolution de 100x90 pixels et une zone active de 0,86x0,66 mm. Il peut générer 30 μW d'énergie sous un éclairage de 120 kilo lux (journée ensoleillée). Dans le même temps, la prise de vue à une fréquence de 15 images / s ne consomme que 10 μW d'énergie - bien que les images, bien sûr, ne soient pas très claires. À cette fréquence, le nouveau capteur est en théorie capable de filmer en continu sans recharge même à 60 kilo-lux (exposition directe au soleil normale). Les créateurs de la photomatrix notent qu'elle a la densité de puissance la plus élevée parmi toutes celles existantes.

Dans leur article pour IEEE, les ingénieurs notent que leur capteur pourrait facilement créer des images de meilleure qualité s'il était «miné». La consommation d'énergie dans la puce n'est pas non plus optimisée. Potentiellement, la caméra pourra fonctionner à des fréquences d'images plus élevées et avec moins de lumière.

Yu Sik Yun dit que leur développement est le mieux adapté à l'Internet des objets. Les capteurs intelligents sont des composants importants des plates-formes IoT, et les nouveaux photocapteurs peuvent fonctionner dans le plus petit facteur de forme et sans consommation d'énergie.

Certes, rien n'empêche également l'utilisation de l'appareil photo pour l'espionnage ou la prise de vue secrète. Le capteur millimétrique, en fait, est invisible et fonctionne pendant une durée illimitée sans avoir besoin d'être rechargée. Bien entendu, dans ce cas, le dispositif aura besoin non seulement de photocellules, mais également de moyens de stockage et de transmission des images reçues. Des versions microscopiques de ces composants sont toujours en cours de développement .

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