211service.com
En sfärisk kamerasensor
Dagens digitalkameror är anmärkningsvärda enheter, men även de mest avancerade kamerorna saknar det mänskliga ögats enkelhet och kvalitet. Nu har forskare vid University of Illinois i Urbana-Champaign byggt en sfärisk kamera som följer ett mänskligt ögas form och funktion genom att bygga en krets på en krökt yta.
Ögonen har det: Den här kameran består av en halvklotformad uppsättning fotodetektorer (vit kvadrat med guldfärgade prickar) och en enda lins ovanpå en genomskinlig jordglob. Den böjda formen på fotodetektormatrisen ger ett brett synfält och högkvalitativa bilder i en kompakt förpackning.
Den böjda sensorn har egenskaper som finns i ögonen, som ett brett synfält, som inte kan produceras i digitalkameror utan mycket komplexitet, säger John Rogers , ledande forskare i projektet. En av de mest framträdande [funktionerna i det mänskliga ögat] är att detektorytan på näthinnan inte är plan som det digitala chippet i en kamera, säger han. Konsekvensen av det är [att] optiken är väl lämpad för att skapa högkvalitativa bilder även med enkla bildelement, som hornhinnans enda lins.
Elektroniska enheter har till största delen byggts på styva, platta chips. Men under det senaste decenniet har ingenjörer gått bortom styva chips och byggt kretsar på böjbara ark. På senare tid har forskare gått ett steg bortom enkel böjbar elektronik och satt högkvalitativa kiselkretsar på töjbara, gummiliknande ytor. Fördelen med en töjbar krets, säger Rogers, är att den kan anpassa sig över kurviga ytor, medan böjbara enheter inte kan.
Nyckeln till den sfäriska kameran är en sensoruppsättning som kan motstå en kurva på cirka 50 procent av sin ursprungliga form utan att gå sönder, vilket gör att den kan tas bort från den styva skivan som den ursprungligen tillverkades på och överföras till en gummiliknande yta. Att göra det kräver mer än att bara göra detektorn flexibel, säger Rogers. Du kan inte bara slå in en sfär med ett pappersark. Du behöver töjbarhet för att göra en geometritransformation.
Arrayen, som består av en samling små fyrkanter av kiselfotodetektorer sammankopplade med tunna band av polymer och metall, tillverkas initialt på en kiselskiva. Det tas sedan bort från skivan med en kemisk process och överförs till en bit gummiliknande material som tidigare formats till en halvklotform. Vid tidpunkten för överföringen sträcks gummihalvan platt ut. När arrayen väl har fästs på gummit, avslappnas halvklotet till sin naturliga krökta form.
Eftersom banden som förbinder de små öarna av kisel är så tunna, kan de böjas lätt utan att gå sönder, säger Rogers. Om två av kiselrutorna pressas närmare varandra spänns banden och bildar en bro. De kan ta emot påfrestningar utan att inducera någon sträckning i kislet, säger han.
För att fullborda kameran är sensorgruppen ansluten till ett kretskort som ansluts till en dator som styr kameran. Arrayen är täckt med ett klotliknande lock försett med en lins. I den här uppsättningen härmar sensorgruppen näthinnan i ett mänskligt öga medan linsen härmar hornhinnan.
Stretchbart mesh: De fyrkantiga kiselfotodetektorerna, förbundna med tunna band av metall och polymer, är monterade på en halvklotformad gummiyta. Hela enheten kan anpassa sig till vilken krökt form som helst på grund av flexibiliteten hos banden som förbinder kiselöarna.
Denna teknik förebådar tillkomsten av en ny klass av bildbehandlingsenheter med vidvinkelsynfält, låg distorsion och kompakt storlek, säger Takao Someya , en professor i teknik vid University of Tokyo, som inte var involverad i forskningen. Jag tror att detta arbete är ett verkligt genombrott inom området för töjbar elektronik.
Rogers är inte den första som använder konceptet med ett töjbart elektroniskt nät, men detta arbete utmärker sig genom att det inte är begränsat till att sträcka sig i begränsade riktningar, som andra töjbara elektroniska nät. Och viktigare, hans är det första töjbara nätet som implementeras i en konstgjord ögonkamera.
Kamerans upplösning är 256 pixlar. För närvarande är det svårt att förbättra upplösningen på grund av begränsningarna i tillverkningsanläggningarna vid University of Illinois, säger Rogers. På någon nivå är det lite frustrerande eftersom du har det här snygga elektroniska ögat och allt är pixlat, säger han. Men hans team har kringgått problemet genom att ta en annan ledtråd från biologin. Det mänskliga ögat slingrar sig från sida till sida och fångar ständigt bitar av bilder; hjärnan delar ihop bitarna för att bilda en komplett bild. På samma sätt driver Rogers team ett datorprogram som gör bilderna skarpare genom att interpolera flera bilder tagna från olika vinklar.
Den mest omedelbara applikationen för dessa ögonglobskameror, säger Rogers, är troligen hos militären. Den enkla, kompakta designen skulle kunna användas inom bildteknik på fältet, föreslår han. Och medan konceptet med ett elektroniskt öga frammanar bilder av ögonimplantat, säger Rogers att han för närvarande inte samarbetar med andra forskare för att göra dessa enheter biokompatibla. Han utesluter dock inte möjligheten i framtiden.