Mówi się bowiem chociażby o postępach w budowie kamer czy projektowaniu robotów analizujących otoczenie szybciej oraz przy mniejszym zapotrzebowaniu na energię. Bo choć współczesne kamery potrafią rejestrować obraz z dużą dokładnością, to interpretowanie tego, co znajduje się przed obiektywem, wymaga dodatkowej pracy elektroniki. Aby określić kierunek ruchu samochodu czy ustalić, w którą stronę przemieszcza się rowerzysta, system musi porównać informacje z kolejnych obrazów. Dane są zapisywane, przesyłane do procesora i dopiero później analizowane.
Czytaj też: Tatuaż włączany i wyłączany światłem. Fotochromowe barwniki to droga do odwracalnej pigmentacji skóry
Polscy fizycy postanowili sprawdzić, czy część tych operacji można przeprowadzić już na etapie odbierania światła. Opracowany przez nich element zachowuje ślad wcześniejszego pobudzenia, dzięki czemu inaczej reaguje na kolejny błysk. O kulisach swoich badań nasi rodacy piszą na łamach Advanced Functional Materials.
Inspirację stanowił dla nich ludzki układ nerwowy, a dokładniej synapsy, czyli połączenia umożliwiające przekazywanie sygnałów między neuronami. Ich aktywność może zależeć od wcześniejszych impulsów. Jeżeli dwa sygnały pojawiają się w krótkim odstępie, reakcja na drugi może być silniejsza niż na pierwszy.
Podobny efekt udało się uzyskać w strukturze elektronicznej reagującej na światło. Zespół badawczy wykorzystał cienkie warstwy tlenku cynku oraz jego odmiany zawierającej kadm, umieszczone na podłożu krzemowym. Materiał został dodatkowo wzbogacony europem, którego obecność wpływa na właściwości elektryczne układu.
Kluczowe znaczenie ma w końcowym rozrachunku sposób, w jaki materiał zachowuje się po oświetleniu. Światło dostarcza energii, dzięki której ładunki elektryczne mogą się przemieszczać, generując mierzalny prąd. Część ładunków zostaje jednak uwięziona w strukturze materiału i utrzymuje się w niej jeszcze przez pewien czas po zgaśnięciu światła. Kiedy pojawia się następny błysk, czujnik nie znajduje się już w dokładnie takim samym stanie jak przed pierwszym impulsem. Pozostałe ładunki wpływają na przepływ prądu, zmieniając reakcję urządzenia. W ten sposób materiał przechowuje krótkotrwałą informację o wcześniejszym zdarzeniu, bez konieczności stosowania oddzielnego modułu pamięci.
Czytaj też: Fizycy odkryli sekret światła, który umykał im przez dekady. Wystarczyło odpowiednio je przygotować
Podczas eksperymentów naukowcy oświetlali próbki seriami krótkich impulsów i mierzyli powstający prąd. W jednym z pomiarów drugi błysk wywołał odpowiedź o 47 procent silniejszą niż pierwszy. Efekt pojawił się nawet przy impulsach trwających zaledwie 100 mikrosekund, czyli jedną dziesięciotysięczną sekundy. Co istotne, czujnik potrafił zachować rozróżnialność kolejnych sygnałów. Po wyłączeniu światła prąd niemal wracał do poziomu wyjściowego, ale ślad poprzedniego pobudzenia pozostawał ukryty w stanie materiału. Można go było zaobserwować dopiero podczas kolejnego oświetlenia.
Pamięć ta nie jest trwała. Z czasem uwięzione ładunki stopniowo się uwalniają, a wpływ wcześniejszego impulsu słabnie. Taka właściwość może okazać się przydatna w urządzeniach, które muszą reagować przede wszystkim na niedawne zmiany w otoczeniu. A co z potencjalnymi zastosowaniami? Te obejmują systemy wizyjne, robotykę i urządzenia monitorujące ruch. Czujniki tego rodzaju mogłyby w przyszłości wstępnie przetwarzać informacje bezpośrednio w miejscu ich rejestrowania. Ograniczenie przesyłania dużych ilości danych do osobnego procesora mogłoby skrócić czas analizy i zmniejszyć zapotrzebowanie na energię.
Źródło: Advanced Functional Materials
