Os cientistas criaram uma câmera menor que um milímetro e não precisa de bateria

Um grupo de engenheiros liderados por Yu Sik Yong da Universidade de Michigan, EUA, criou um fotossensor, onde quase toda a área do pixel é ocupada por uma área que pode gerar energia simultaneamente e formar uma imagem. Isso permite que você faça uma câmera independente com uma área inferior a um milímetro quadrado. Ao mesmo tempo, é capaz de fotografar uma qualidade decente a uma frequência de 15 quadros por segundo. Os desenvolvedores publicaram seu trabalho na revista IEEE Electron Device Letters.

Os fotodiodos que convertem luz em corrente elétrica são a base das câmeras e dos painéis solares. Eles são muito parecidos, apenas um salva o incidente de energia e o outro - registra o quanto ele caiu. Portanto, os engenheiros tentam há muitos anos combinar os recursos de painéis e câmeras, criando matrizes que podem tirar fotos e, ao mesmo tempo, se alimentar (o que significa que elas não precisam de uma bateria grande).

Existem duas abordagens para resolver esse problema. O primeiro é tentar criar uma matriz na qual o mesmo espaço seja usado para fotografar e gerar energia. Em seguida, o dispositivo sairá pequeno, o que é uma vantagem. Mas o ponto negativo é que ele terá que ser alternado entre dois modos (disparo e inicialização), que usam uma parte da energia, e a fotomatriz não pode ser fotografada sem interrupção e possui uma taxa de quadros baixa.

A segunda abordagem é criar duas zonas separadas na fotomatriz. Um deles decolará, o segundo - para gerar energia para isso. Eles poderão trabalhar ao mesmo tempo, mas uma parte significativa de cada pixel nesse caso será o painel solar. A fotocélula ficará mais volumosa e a quantidade de luz usada para fotografar diminuirá significativamente.

A conquista de cientistas da Universidade de Michigan - pela primeira vez, seu fotossensor é capaz de gerar energia e disparar simultaneamente (com uma frequência de até 15 quadros / s). Seu trabalho é chamado - "Imagem Simultânea e Coleta de Energia em Pixels com Sensor de Imagem CMOS" ("Captura e coleta simultânea de energia no pixel CMOS ativo"). Quase toda a área de pixels em suas células fotoelétricas lida com duas tarefas ao mesmo tempo.

Yu Sik Yun, Sang Yoon Pak e sua equipe observaram que os diodos sensíveis à luz nas câmeras no nível microscópico são bastante transparentes. Uma parte significativa da luz passa por seus elementos ativos. Portanto, se você colocar o "painel solar" sob esses fotossensores, ele ainda receberá uma parte da energia.

Essa é a ideia. A nova fotocélula consiste em dois fotodiodos localizados um abaixo do outro. A parte superior coleta parte dos orifícios (portadores de carga formados após os fótons eliminarem os elétrons de suas posições) e, portanto, recebe um sinal para formar uma imagem. E o inferior pega os fótons restantes e os usa para gerar energia.

Acontece um novo tipo de câmera, microscópica e auto-suficiente, capaz de funcionar em qualquer condição em que haja iluminação, sem parar e sem a necessidade de recarregar ou substituir as baterias. Um dispositivo ideal para espiões ou para um governo que deseja controlar as atividades de seus cidadãos. Esperamos um aumento nas vendas de papel alumínio.

A julgar pelos testes da equipe da Universidade de Michigan, o diodo superior que forma o sinal responde por 26% da corrente total do furo e a célula fotovoltaica que coleta energia - 74%. Em outros sensores, essa energia simplesmente não é usada.

Com base em seu desenvolvimento, os engenheiros criaram um protótipo de fotomatriz com uma resolução de 100x90 pixels e uma área ativa de 0,86x0,66 mm. Pode gerar 30 μW de energia sob iluminação de 120 kg lux (dia ensolarado). Ao mesmo tempo, fotografar com uma frequência de 15 quadros / s consome apenas 10 μW de energia - embora as imagens, é claro, não sejam muito claras. Nesta freqüência, o novo sensor, em teoria, é capaz de fotografar continuamente sem recarga, mesmo a 60 kg / lux (exposição direta ao sol normal). Os criadores da fotomatriz observam que ela tem a maior densidade de potência entre todas as existentes.

Em seu artigo para o IEEE, os engenheiros observam que seu sensor pode facilmente criar imagens de alta qualidade se for "prejudicado". O consumo de energia no chip também não é otimizado. Potencialmente, a câmera poderá trabalhar com taxas de quadros mais altas e com menos luz.

Yu Sik Yun diz que seu desenvolvimento é mais adequado para a Internet das coisas. Sensores inteligentes são componentes importantes das plataformas IoT, e novos fotossensores podem operar no menor fator de forma e sem consumo de energia.

É verdade que nada impede o uso da câmera para espionagem ou filmagem secreta. O sensor milimétrico, na verdade, é invisível e funciona por um período ilimitado, sem a necessidade de recarga. Obviamente, nesse caso, o dispositivo precisará não apenas de fotocélulas, mas também de meios para armazenar e transmitir as imagens recebidas. Versões microscópicas de tais componentes ainda estão em desenvolvimento .

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