2D 재료는 저조도에서 매우 선명한 휴대폰 사진을 가능하게 할 수 있습니다.

[아름이]

2D 재료는 저조도에서 매우 선명한 휴대폰 사진을 가능하게 할 수 있습니다.
새로운 장치는 빛 감지와 컴퓨팅을 결합하여 에너지를 절약합니다.
날짜:
2022년 12월 12일
원천:
펜 스테이트
요약:
연구원들에 따르면, 새로운 2차원 재료를 사용하는 새로운 유형의 능동 픽셀 센서는 매우 선명한 휴대폰 사진을 가능하게 하고 매우 에너지 효율적인 새로운 종류의 사물 인터넷(IoT) 센서를 만들 수 있다고 합니다.

Penn State 연구원 팀에 따르면 새로운 2차원 재료를 사용하는 새로운 유형의 활성 픽셀 센서는 매우 선명한 휴대폰 사진을 가능하게 하고 매우 에너지 효율적인 사물 인터넷(IoT) 센서의 새로운 클래스를 만들 수 있습니다.

"사람들이 새 휴대폰을 찾을 때 원하는 사양은 무엇입니까?" Nature Materials 에 11월 17일 발표된 연구의 주 저자이자 공학 과학 및 역학 부교수인 Saptarshi Das는 말했습니다 . "아주 자주 그들은 좋은 카메라를 찾고 있습니다. 좋은 카메라는 대부분의 사람들에게 무엇을 의미합니까? 고해상도의 선명한 사진입니다."

대부분의 사람들은 친구, 가족 모임 또는 스포츠 경기 사진을 찍을 뿐, 사진을 찍을 때 전화기 내부에서 "뒤에서" 무슨 일이 일어나는지 전혀 생각하지 않습니다. Das에 따르면 사진을 찍은 직후에 사진을 볼 수 있도록 하기 위해 꽤 많은 일이 일어나고 있으며, 여기에는 이미지 처리가 포함됩니다.

"이미지를 찍을 때 많은 카메라가 휴대전화에서 일종의 처리 과정을 거칩니다. 사실 이것은 때때로 사진이 눈으로 보는 것보다 훨씬 더 좋게 보입니다."라고 Das는 말했습니다. "이러한 차세대 전화 카메라는 이미지 캡처와 이미지 처리를 통합하여 이를 가능하게 하며 이전 세대의 카메라에서는 불가능했습니다."

그러나 최신 카메라의 멋진 사진에는 문제가 있습니다. 처리에는 많은 에너지가 필요합니다.

"많은 이미지를 찍는 것과 관련된 에너지 비용이 있습니다." 연구 당시 Penn State의 대학원 연구 조교이자 현재 Western Digital의 연구원이자 연구의 공동 저자인 Akhil Dodda가 말했습니다. . "만약 10,000개의 이미지를 찍는다면 괜찮지만 누군가는 그것에 대한 에너지 비용을 지불하고 있습니다. 만약 당신이 그것을 100배로 줄일 수 있다면, 당신은 100배 더 많은 이미지를 찍을 수 있고 여전히 같은 양의 에너지를 소비할 수 있습니다. 사람들이 여행 중에 더 많은 셀카와 기타 사진을 찍을 수 있도록 사진이 더 지속 가능해집니다. 바로 여기에서 재료의 혁신이 등장합니다."

연구에서 설명된 재료의 혁신은 에너지 사용을 줄이기 위해 활성 픽셀 센서에 센서 내 처리를 추가한 방법을 중심으로 이루어집니다. 그래서 그들은 새로운 2D 물질로 눈을 돌렸습니다. 이 물질은 단지 하나 또는 몇 개의 원자 두께인 이황화 몰리브덴 물질의 한 종류입니다. 또한 반도체이며 빛에 민감하여 저에너지 센서 내 이미지 처리를 탐색할 수 있는 잠재적인 재료로 이상적입니다.

"우리는 몰리브덴 이황화물이 매우 우수한 감광성 반응을 가지고 있다는 것을 발견했습니다. "그곳에서 우리가 찾고 있던 다른 속성에 대해 테스트했습니다."

이러한 속성에는 센서의 동적 범위에 중요한 저조도에 대한 감도가 포함됩니다. 동적 범위는 달빛과 같은 낮은 조명과 햇빛과 같은 밝은 빛 모두에서 물체를 "볼" 수 있는 능력을 말합니다. 인간의 눈은 다이내믹 레인지가 뛰어나 밤에 대부분의 카메라보다 별을 더 잘 볼 수 있습니다.

몰리브덴 이황화물은 또한 강력한 신호 변환, 전하-전압 변환 및 데이터 전송 기능을 보여주었습니다. 따라서 이 소재는 광 감지 및 센서 내 이미지 처리를 모두 수행할 수 있는 능동 픽셀 센서를 가능하게 하는 이상적인 후보입니다.

Jayachandran은 "거기에서 센서를 어레이에 넣었습니다."라고 말했습니다. "우리가 개발한 9제곱밀리미터 어레이에 900개의 픽셀이 있으며 각 픽셀은 약 100마이크로미터입니다. 현재 CMOS 센서보다 빛에 훨씬 더 민감하기 때문에 추가 회로나 에너지 사용이 필요하지 않습니다. 그래서 각 픽셀은 작동하는 데 훨씬 적은 에너지가 필요하며 이는 훨씬 적은 배터리를 사용하는 더 나은 휴대폰 카메라를 의미합니다."

Das에 따르면 다이내믹 레인지와 이미지 처리를 통해 사용자는 다양한 사진 촬영 조건에서 선명한 사진을 찍을 수 있습니다.

"예를 들어, 밤이나 비가 오거나 안개가 낀 날 야외에서 친구의 사진을 더 선명하게 찍을 수 있습니다."라고 Das는 말했습니다. "카메라는 노이즈를 제거하여 안개를 제거할 수 있으며 다이내믹 레인지는 배경에 별이 있는 친구의 야간 사진을 가능하게 합니다."

Das는 재료 연구소의 세 가지 주요 시설이 재료를 만들고 테스트하는 데 중요한 역할을 했다고 언급했습니다.

"우리가 실험에 사용한 2D 재료는 National Science Foundation MIP(Materials Innovation Platform) 시설인 Penn State의 Two-Dimensional Crystal Consortium 시설에서 성장했으며, 재료의 특성화는 Materials Characterization Laboratory에서 수행되었으며, 우리는 또한 Nanofabrication Laboratory의 클린룸을 사용했습니다."라고 Das는 말했습니다. "캠퍼스에서 바로 이러한 시설에 쉽게 접근할 수 있다는 점이 이 연구가 성공하는 데 중요한 역할을 했습니다."

미래에 최고 수준의 전화 카메라를 가능하게 하는 것과 함께 팀은 또한 향상된 센서 기술이 다른 응용 프로그램을 가질 수 있다고 생각합니다. 여기에는 사물 인터넷 및 Industry 4.0 애플리케이션을 위한 더 나은 광 센서가 포함됩니다. 인더스트리 4.0은 전통적인 산업 관행과 사물 인터넷, 클라우드 데이터 스토리지, 인공 지능/머신 러닝과 같은 최첨단 디지털 기술을 결합하는 성장하는 움직임을 가리키는 용어입니다. 목표는 지능형 자동화를 통해 보다 효율적인 프로세스와 관행을 개발하여 제조를 개선하는 것이며 센서가 핵심입니다.

"작동 중에 기계를 꿰뚫어 보고 결함을 식별할 수 있는 센서는 IoT에서 매우 중요합니다."라고 Dodda는 말했습니다. "기존의 센서는 에너지를 많이 소모하는 것이 문제지만, 우리는 기계 학습 등을 가능하게 하고 에너지 비용을 많이 절약할 수 있는 매우 에너지 효율적인 센서를 개발했습니다."

출처 : https://www.sciencedaily.com/