Dans une avancée à l'intersection de l'ingénierie et de la photonique neuromorphes, les chercheurs ont développé un photodétecteur ionique-électronique qui détecte non seulement la lumière mais effectue également un traitement d'image insensur, offrant le potentiel de dépasser certaines limites de la vision humaine, y compris les carences de vision des couleurs.
L'étude, intitulée «Photodetector ionique-électronique pour l'aide de la vision avec le traitement d'image insensur» et publié dans Communications de la natureétait dirigé par Hai Huang, Jianlu Wang et des collègues de l'Université Fudan et de l'Université de l'Académie chinoise des sciences.
Au cœur de cette innovation se trouve un photodétecteur en couches basé sur du sulfure de phosphore d'indium en cuivre (CIPS), un matériau ferroélectrique de van der Waals qui prend en charge la conduction ionique et électronique.
En tirant parti du mouvement de Cu mobile+ Ions, l'appareil présente des photorépons non linéaires et dépendants de l'histoire, lui permettant de régler dynamiquement sa sensibilité à la lumière. Cette reconfigurabilité permet au dispositif d'améliorer sélectivement les signaux faibles ou de supprimer les régions surexposées – une fonctionnalité qui peut aider à combler les lacunes perceptuelles dans la vision humaine, comme une mauvaise adaptation de contraste ou une discrimination des couleurs.
« Il s'agit d'une étape vers l'informatique dans le capteur – un paradigme où une partie du calcul est physiquement ancrée dans le capteur », explique l'auteur principal Hai Huang.
« Au lieu de simplement convertir la lumière en signaux électriques, notre appareil peut traiter des informations car il le capture.
Une orientation future particulièrement prometteuse pour cette technologie réside dans son potentiel pour aider les individus ayant des carences de vision des couleurs (daltonisme). La capacité de l'appareil à recondrer le contraste spectral et à moduler la réactivité en temps réel pourrait permettre le prétraitement visuel adaptatif – par exemple, améliorant le contraste des couleurs entre le rouge et le vert.
Cela ouvre la possibilité de développement futur d'aides visuelles à base de puces ou de composants prothétiques qui améliorent la séparabilité des couleurs et la reconnaissance d'objets dans des scènes visuelles complexes.
Le photodétecteur peut également effectuer des opérations d'image de base telles que l'élimination du bruit, l'amélioration du contraste et le filtrage de l'inversion de l'image, dans la situation, dans la structure de l'appareil.
Étant donné que ces fonctions sont effectuées sans circuits externes, la conception évite les goulots d'étranglement de données et les frais généraux d'énergie associés à des capteurs d'image conventionnels et aux processeurs, ce qui le rend idéal pour les applications IA de bord à faible puissance.
L'équipe a en outre démontré que le détecteur présente des comportements programmables de photoréponse qui varient en fonction de l'historique d'exposition à la lumière, tels que la commutation entre les modes de réponse positifs et négatifs en fonction de l'environnement d'éclairage. Ces dynamiques rappellent l'adaptation visuelle biologique, mais le système artificiel offre une accordabilité et une vitesse supérieures.
« L'avenir de la vision artificielle ne concerne pas seulement la copie de la biologie – il s'agit de pousser au-delà », explique Huang. « Avec les matériaux ioniques-électroniques, nous pouvons intégrer l'intelligence au niveau des matériaux. Cela ouvre des possibilités d'adaptation en temps réel, y compris des avantages potentiels pour les personnes atteintes de vision altérée. »
Pour l'avenir, les chercheurs prévoient d'étendre la technologie vers des réseaux de capteurs bidimensionnels et d'explorer son intégration dans les systèmes d'imagerie neuromorphe.
Bien que l'amélioration de la vision de la daltonisme reste un objectif à long terme, ce travail jette les bases d'une nouvelle classe de pixels intelligents qui brouillent la ligne entre la détection et la réflexion – offrant non seulement de meilleures machines, mais une vision potentiellement meilleure.
