В днешния свят все повече ежедневни задачи се автоматизират напълно. Роботизираните устройства могат да работят самостоятелно и често са по-ефективни от хората. Въпреки това, в някои аспекти технологията все още не може да се сравни с това, което е създала природата. Един пример за това е зрението. В съвременните роботи и самоуправляващите се автомобили се използват усъвършенствани камери, които им позволяват бързо и точно да откриват и разпознават обекти, но има едно нещо, с което те все още се затрудняват: внезапните промени в осветлението. Изследователски екип от Университета на щата Пенсилвания може би е намерил решение.

Шофирането през нощта е истинско предизвикателство дори за хората, да не говорим за роботите. Има отблясъци от уличното осветление, ярки фарове на насрещно движещи се превозни средства и тъмно небе на фона. Човешкото око се приспособява към тези контрасти в осветлението доста бързо, без да го забелязваме особено, но зад това се крие доста сложен механизъм, и ето как работи...

Специализирани клетки в ретината ни, наречени пръчици, ни помагат да виждаме при слаба светлина, докато конусните клетки са отговорни за това да можем да разпознаваме цветовете и малките детайли при ярка светлина. Когато едновременно са налице ярки и тъмни условия, пигментите в пръчиците за кратко „избледняват“, а след това бавно се възстановяват, докато конусите продължават да функционират нормално, което ни позволява да различим всички детайли. Точно този процес изследователският екип се опита да възпроизведе, използвайки миниатюрни електронни сензори, наречени фотомемристори.

Думата „мемристор“ е съчетание от думите „памет“ и „резистор“. Фотомемристорът е специален вид мемристор, проектиран специално за откриване и съхранение на информация за светлината. С дебелина по-малко от един милиметър този сензор по същество действа като неврон в мозъка ни, като обработва и запазва информацията дори след като първоначалният сигнал е изчезнал.

Фотомемристиорите вече се използват широко в оптични системи и съвременни фотоапарати, но са проектирани за постоянни условия на осветеност. Това означава, че те функционират еднакво добре както в тъмна, така и в светла среда, но не и когато светлина и тъмнина са налице едновременно. Учените се заеха с предизвикателството да създадат нов тип мемристор, който да преодолее този проблем.

За този експеримент изследователите изработиха мемристирите си, използвайки еластична, гелоподобна проводима пластмаса (PEDOT:PSS) и титанов оксид (TiO₂) – прахообразно съединение, получено от титан. Титановият оксид улавя околната светлина и я преобразува в електрически ток. Този ток след това преминава през повърхността на пластмасовия слой, като контролира колко вода той абсорбира от околната среда.

При тъмни условия пластмасата абсорбира вода по-бързо. При ярки условия тя отделя тази вода и се изсушава. Този механизъм позволява на системата автоматично да регулира своята светлинна чувствителност в зависимост от яркостта на околната среда.

Тестовете показаха, че новите фотомемристори могат да засичат ултравиолетовата светлина по-точно и по-последователно в сравнение с традиционните. Изследователите проведоха също така тестове с осветени букви, подобни на тези, които се използват при очни прегледи. Системата показа точност над 95% при разпознаването на формите на буквите при смесени условия на осветеност.

Въпреки че човешкото око се адаптира доста добре към екстремни и бързи промени в осветеността, обикновено са необходими между 20 и 30 минути, за да се адаптира напълно. Според изследователите тези нови фотомемристори биха могли потенциално да се адаптират много по-бързо, като същевременно продължават да улавят и обработват всички фини детайли.

Пред изследователския екип все още има много работа, но ако проектът успее, тази технология би могла да подобри автономните автомобили, да направи роботите по-адаптивни, да усъвършенства усъвършенстваните камерни системи и дори да служи като помощно средство за зрението на хора с увреждания на зрението.

Снимка: Pеxels/Jia Zhu/CC BY-NC-ND

Виж още: На 3 млрд. години този австралийски кратер е най-старото известно място на астероиден удар на Земята