HONG KONG SAR – Media OutReach – Kendaraan otonom masa depan dan kamera industri mungkin memiliki penglihatan seperti manusia, berkat kemajuan terbaru oleh para ilmuwan dari Hong Kong dan Korea Selatan. Ilmuwan dari The Hong Kong Polytechnic University (PolyU) dan Yonsei University di Korea Selatan baru-baru ini membuat terobosan ilmiah, mereka telah mengembangkan sensor cahaya yang dapat meniru atau bahkan melampaui kemampuan retina manusia untuk beradaptasi dengan tingkat kecerahan yang berbeda.

Keterangan Foto: Sensor penglihatan bioinspired yang dikembangkan oleh tim Dr. Chai dapat beradaptasi dengan rentang terang-gelap yang efektif hingga 199 desibel. Sebaliknya, retina manusia dapat beradaptasi dengan lingkungan dengan tingkat cahaya terang hingga rendah, dalam kisaran sekitar 160 desibel.

“Sensor baru dapat sangat meningkatkan sistem penglihatan mesin dan memungkinkan kinerja yang lebih baik di berbagai tugas analisis dan pengenalan gambar,” ungkap Yang Chai, Associate Professor Departemen Fisika Terapan dan Asisten Dekan School of Applied Science and Textiles di PolyU, yang memimpin penelitian.

Sistem penglihatan mesin biasanya terdiri dari beberapa kamera dan unit komputasi yang menangkap dan memproses gambar untuk tugas-tugas seperti pengenalan wajah. Sistem seperti itu membutuhkan sirkuit canggih dan algoritma kompleks untuk “melihat” objek di bawah berbagai kondisi pencahayaan. Namun, beberapa sistem yang sebanding cukup kuat untuk memproses sejumlah besar informasi visual secara real time, sehingga sulit untuk dibandingkan dengan otak manusia.

Sensor bioinspired baru yang dikembangkan oleh tim Dr. Chai dapat memberikan jawaban atas masalah di atas, sensor dapat langsung beradaptasi dengan terang dan gelap, mengurangi ketergantungan pada komputasi latar belakang. Sensor baru ini meniru kemampuan mata manusia untuk beradaptasi dengan tingkat kecerahan yang berbeda, seperti halnya mata telanjang dapat secara akurat mengidentifikasi objek dalam kondisi pencahayaan yang sangat redup hingga yang sangat terang.

“Pupil manusia membantu mengatur jumlah cahaya yang masuk ke mata, dan sel-sel retina bertanggung jawab untuk adaptasi terhadap kecerahan. Rentang intensitas cahaya alami selebar 280 desibel, dibandingkan dengan kisaran 70 desibel. sensor berbasis silikon konvensional desibel. Jangkauan efektif dari sensor baru yang dikembangkan oleh tim Dr. Chai setinggi 199 desibel, yang sangat mengesankan. Sebaliknya, retina manusia dapat beradaptasi dengan lingkungan dengan tingkat cahaya terang hingga rendah, dalam kisaran sekitar 160 desibel,” Dr Chai.

Untuk mencapai kinerja di atas, tim peneliti pertama-tama menggunakan semikonduktor molibdenum disulfida dengan sifat listrik dan optik yang unik untuk membuat film ultra-tipis lapisan ganda dengan ketebalan hampir atom, dan kemudian mengembangkan tabung fototransistor untuk mendeteksi cahaya, Pengenalan “status perangkap muatan” ke dalam film bilayer mengontrol kemampuan untuk mendeteksi cahaya.

Setiap sensor penglihatan bionik terdiri dari susunan tabung fototransistor tersebut. Mereka meniru batang dan kerucut di mata manusia, yang masing-masing bertanggung jawab untuk mendeteksi cahaya redup dan terang. Oleh karena itu, sensor dapat mendeteksi objek yang berbeda di berbagai lingkungan pencahayaan, dan juga dapat mengubah dan beradaptasi dengan kecerahan yang berbeda, dan jangkauannya lebih luas dari mata manusia.

Untuk mencapai hal ini, tim peneliti mengembangkan detektor cahaya, yang disebut fototransistor, menggunakan lapisan ganda tingkat atom ultrathin molibdenum disulfida, semikonduktor dengan sifat listrik dan optik yang unik. Para peneliti kemudian memperkenalkan “keadaan perangkap muatan”—pengotor atau ketidaksempurnaan dalam struktur kristal padat yang membatasi pergerakan muatan—ke lapisan ganda.

“Keadaan jebakan ini memungkinkan informasi optik disimpan dan secara dinamis menyesuaikan sifat optoelektronik perangkat hingga piksel individual. Dengan mengendalikan pergerakan elektron, keadaan jebakan dapat secara tepat menyesuaikan jumlah listrik yang dikonduksi oleh fototransistor, sehingga mengontrol fotosensitivitas perangkat, yaitu kemampuannya untuk mendeteksi cahaya,” kata para peneliti.

Masing-masing sensor penglihatan baru terdiri dari susunan fototransistor tersebut. Mereka meniru sel batang dan kerucut mata manusia, yang masing-masing bertanggung jawab untuk mendeteksi cahaya redup dan terang. Hasilnya, sensor dapat mendeteksi objek di lingkungan dengan pencahayaan berbeda serta beralih di antara, dan beradaptasi dengan, berbagai tingkat kecerahan—dengan jangkauan yang bahkan lebih besar daripada mata manusia.

“Sensor baru mengurangi kompleksitas perangkat keras dan sangat meningkatkan kontras gambar di bawah kondisi terang dan gelap yang berbeda, sehingga memberikan pengenalan gambar yang efisien,” pungkas Dr Chai.

Sensor penglihatan bioinspired baru ini akan memungkinkan generasi baru sistem penglihatan buatan, tidak hanya pada kendaraan otonom dan aplikasi manufaktur, tetapi juga menemukan aplikasi baru menarik lainnya dalam edge computing dan Internet of Things.

Penelitian ini telah dipublikasikan dalam jurnal Nature Electronics.