En una fascinante combinación de naturaleza y tecnología, los científicos de Penn State han presentado un ingenioso dispositivo que imita el funcionamiento interno de los ojos humanos, permitiéndole capturar imágenes como una cámara.
Inspirándose en el notable diseño de nuestras propias retinas, los investigadores han desarrollado un dispositivo bioinspirado que replica las funciones de los fotorreceptores rojos, verdes y azules, así como la red neuronal responsable del procesamiento visual preliminar.
Replicando lo que ven los ojos humanos
Kai Wang, profesor asistente de investigación en el Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales de Penn State, explicó el concepto detrás de su innovación. indicando“Tomamos prestado un diseño de la naturaleza: nuestras retinas contienen células cónicas que son sensibles a la luz roja, verde y azul y una red neuronal que comienza a procesar lo que vemos incluso antes de que la información se transmita a nuestro cerebro. Este proceso natural crea el colorido mundo que podemos ver.”
Para recrear este intrincado sistema en un dispositivo artificial, los científicos diseñaron un conjunto de sensores utilizando fotodetectores de perovskita de banda estrecha que imitan fielmente los conos de nuestros ojos.
Luego interconectaron este conjunto de sensores con un algoritmo neuromórfico diseñado para replicar las funcionalidades de la red neuronal, permitiendo así el procesamiento de información y la producción de imágenes de alta fidelidad.
Los fotodetectores son componentes críticos para convertir la energía luminosa en señales eléctricas y sirven como columna vertebral de cámaras y diversas tecnologías ópticas.
La utilización de fotodetectores de banda estrecha por parte del equipo permite que el dispositivo se enfoque selectivamente en segmentos específicos del espectro de luz, como las vitales longitudes de onda roja, verde y azul que componen la luz visible.
Según los investigadores, la utilización de materiales de perovskita en el dispositivo permite la generación de energía mediante la absorción de luz, lo que podría allanar el camino para la tecnología de cámaras sin batería.
Luyao Zheng, investigador postdoctoral en Penn State, explicó que la estructura del dispositivo se asemeja a las células solares, ya que genera electricidad cuando se expone a la luz.
Esta operación autoalimentada, similar a la de nuestros ojos, elimina la necesidad de un aporte de energía adicional para capturar información visual de la luz.
Además, esta investigación tiene el potencial de impulsar avances en la biotecnología de la retina artificial, ofreciendo la posibilidad de reemplazar células dañadas o no funcionales en los ojos para restaurar la visión.
Algoritmo neuromórfico
Las perovskitas, al ser semiconductoras, generan pares de huecos de electrones cuando se iluminan con luz. Al crear perovskitas de película delgada con un transporte de huecos de electrones muy desequilibrado, donde los huecos se mueven más rápido que los electrones, los científicos manipularon la arquitectura del material para aprovechar propiedades que le permitan funcionar como fotodetectores de banda estrecha.
Utilizando los materiales creados, se construyó una matriz de sensores y se proyectó una imagen a través del dispositivo.
Luego, la información recopilada de las capas roja, verde y azul se procesó y reconstruyó utilizando un algoritmo neuromórfico de tres subcapas. Los algoritmos neuromórficos son un tipo de tecnología informática que tiene como objetivo replicar el funcionamiento del cerebro humano.
Según los científicos, la importancia de estos hallazgos radica en la capacidad del algoritmo para emular la red neuronal que se encuentra en las retinas humanas, lo que ofrece información valiosa sobre la importancia de estas redes en nuestra visión.
Los hallazgos del estudio fueron publicado en la revista Science Advances.
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