Исследователи из Университета Цинхуа разработали революционное оптоэлектронное устройство, способное значительно повысить вычислительные функции сенсоров, воспроизводя сложную структуру зрительной системы человека. В соответствии с исследованием, опубликованным в журнале Nature Nanotechnology, это устройство базируется на полностью интегрированном массиве оптоэлектронных мемристоров (OEM), который синхронно обрабатывает и хранит данные с использованием электроэнергии и света.
«Масштабная интеграция сенсорных вычислений нового поколения на основе комплементарных металл-оксид-полупроводниковых (КМОП) технологий продолжает оставаться сложной задачей из-за отсутствия аппаратных функциональных демонстраций. Наша работа представляет собой полностью интегрированный массив ёмкостью 1 кбайт с ячейками 128 × 8 однотранзисторного оптоэлектронного мемристора (OEM) и поддержкой кремниевых КМОП схем, которые обеспечивают разнообразную функциональность в трех режимах: электронный мемристор, динамический OEM и энергонезависимый OEM (NV-OEM)», — сообщают исследователи Хэйи Хуан, Сянпэн Лян и их команда.
OEM-модули имеют многослойную структуру, состоящую из материала слоёв (Pd/TiO x /ZnO/TiN). Эти уникальные режимы работы позволяют устройству воссоздавать процесс обработки визуальной информации, аналогичный человеческому зрению. «Эти режимы можно регулировать за счёт изменения плотности заряда в кислородных пустотах при поддержке как оптических, так и электрических манипуляций, что подтверждено фазово-контрастной сканирующей просвечивающей электронной микроскопией», — уточняют авторы исследования.
Во время первых экспериментальных операций устройство на базе OEM продемонстрировало выдающуюся точность в трёх визуальных заданиях: предварительная обработка сенсорных изображений, отслеживание объектов и распознавание движений человека. «При помощи данной OEM-системы было продемонстрировано три задачи наблюдения: улучшение точности предварительной обработки изображений с 85,7% до 96,1% в режиме NV-OEM, усовершенствованное отслеживание объектов с точностью 96,1% в обоих динамических и NV-OEM режимах, и распознавание движений человека через полностью OEM-ориентированную систему вычислений, обеспечивающую точность 91,2%», — поясняют Хуан, Лян и их сотрудники.
Дополнительно, система потребляет в более чем 20 раз меньше энергии в сравнении с графическими процессорами, что делает её оптимальной платформой для многообразных вычислительных приложений в сенсорах. В будущем учёные планируют улучшить производительность системы за счёт использования прозрачных материалов на верхнем электроде OEM, чтобы увеличить скорость поглощения света.
Источник: iXBT
