IE, 15/05/2023
Você gostaria de ter um olho biônico? Você pode querer considerar este novo dispositivo que usa células de perovskita e uma rede neural artificial para funcionar quase como o olho humano.
Cientistas da Universidade Estadual da Pensilvânia (PSU) criaram uma configuração de captura de imagens que funciona como os olhos humanos. No futuro, esse dispositivo bio-inspirado pode dar origem a retinas artificiais e câmeras autoalimentadas.
O novo dispositivo é composto por uma rede neural artificial e fotorreceptores de perovskita de banda estreita. O primeiro processa sinais visuais capturados pelo dispositivo e produz imagens de boa qualidade.
Considerando que este último funciona como células do cone, fotorreceptores em olhos humanos que sentem luz vermelha, azul e verde (RBG). Todos os tipos de luz visível que você vê ao seu redor é a combinação dessas três cores.
Kai Wang, um dos autores do estudo e professor de ciência de materiais da PSU, disse: "Pegamos emprestado um design da natureza – nossas retinas contêm células cônicas que são sensíveis à luz vermelha, verde e azul e uma rede neural que começa a processar o que estamos vendo antes mesmo que a informação seja transmitida ao nosso cérebro".
Como funciona o olho artificial bio-inspirado?
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| Diagrama representando o dispositivo de captura de imagem |
Para entender o mecanismo de funcionamento de um olho artificial, primeiro você precisa saber como o olho humano real nos permite ver as coisas. Seus olhos têm uma camada de tecidos sensíveis à luz chamada retina. Todos os objetos que você vê emitem luz que entra em seus olhos e cai sobre essa retina.
A retina é composta por células cônicas que convertem a luz de um objeto em sinais elétricos. O nervo óptico por trás da retina leva esses sinais para o cérebro, uma grande rede neural que processa os sinais elétricos e, finalmente, gera a imagem que você vê.
O dispositivo da equipe da PSU funciona quase da mesma maneira exata, mas usa componentes artificiais. A luz entra no dispositivo através de uma lente, que é então capturada por fotorreceptores de perovskita de banda estreita. Essas células se concentram em diferentes partes (RBG) do espectro que compõe a luz e a converte em sinais elétricos.
"Neste trabalho, encontramos uma nova maneira de projetar material perovskita que é sensível a apenas um comprimento de onda de luz. Criamos três materiais diferentes de perovskita e eles são projetados de uma forma que só podem ser sensíveis às cores vermelha, verde ou azul", disse Wang.
A partir das células de perovskita, a luz chega à rede neural artificial que emprega algoritmos neuromórficos – programas de computador especiais capazes de imitar a capacidade do cérebro humano de transformar sinais elétricos em imagens. Finalmente, o dispositivo produz a imagem do objeto.
O dispositivo nos aproxima das células oculares artificiais
Curiosamente, os fotorreceptores de perovskita usados no dispositivo compartilham semelhanças funcionais e estruturais com as células de perovskita usadas em painéis solares. Então, quando essas células estão capturando luz, elas também estão produzindo energia para o dispositivo ao mesmo tempo.
"A estrutura do dispositivo é semelhante às células solares que usam a luz para gerar eletricidade. Uma vez que você brilhar uma luz sobre ele, ele irá gerar uma corrente. Então, como nossos olhos, não precisamos aplicar energia para capturar essas informações da luz", disse Luyao Zheng, um dos autores do estudo e pesquisador da PSU.
É por isso que o sistema de captura de imagens é capaz de funcionar mesmo sem bateria e também pode levar ao desenvolvimento de câmeras autoalimentadas no futuro.
Além disso, os autores do estudo afirmam que os componentes artificiais de seu dispositivo também sugerem a possibilidade de retinas artificiais e células oculares sintéticas para tratar problemas relacionados à perda de visão em humanos.
No entanto, mais pesquisas são necessárias para transformar essas possibilidades empolgantes em realidade. Esperançosamente, o dispositivo de captura de imagem bio-inspirado se tornará uma inovação inovadora.
O estudo foi publicado na revista Science Advances.
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Fonte:https://interestingengineering.com/innovation/device-mimics-cone-cells
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