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讓機(jī)器人的眼睛更厲害——柔性紫外圖像傳感器

來源: X-MOL 2017-09-04 15:15:06

近年來，以機(jī)器人科技為代表的智能產(chǎn)業(yè)蓬勃興起，人們一直期待未來能夠研發(fā)出與人和生物更加接近的仿人仿生機(jī)器人。能否讓機(jī)器人某些感官的探測范圍（比如眼睛）超越人類，從而應(yīng)用到更為廣闊的領(lǐng)域成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。近日，中科院半導(dǎo)體所半導(dǎo)體超晶格國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的沈國震研究員（點(diǎn)擊查看介紹）研究團(tuán)隊與香港科技大學(xué)的范智勇教授（點(diǎn)擊查看介紹）課題組合作，制備了一種高性能的柔性紫外圖像傳感器，為機(jī)器人的紫外視覺功能帶來了可能性。

視覺系統(tǒng)是機(jī)器人系統(tǒng)的重要組成部分之一，而柔性圖像傳感器則是機(jī)器人視覺系統(tǒng)的核心組件之一。機(jī)器人可以通過圖像傳感器獲取環(huán)境的二維圖像，并通過視覺處理器進(jìn)行分析和解釋，從而轉(zhuǎn)換為符號，讓機(jī)器人辨識物體并確定其位置。目前機(jī)器人視覺系統(tǒng)多數(shù)以可見光視覺為主，極大地限定了機(jī)器人的應(yīng)用范圍以及場合。紫外視覺成像技術(shù)作為對紫外光的重要應(yīng)用之一，在犯罪偵查、漏油探測、火災(zāi)監(jiān)控以及高壓線路檢測等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。然而傳統(tǒng)的紫外圖像傳感器一般基于硅基等剛性襯底，決定了其本身無法彎曲、體積較大且不易攜帶，無法滿足機(jī)器人視覺系統(tǒng)的應(yīng)用需求。與硅基器件相比，柔性紫外圖像傳感器具有體積小、質(zhì)量輕、可彎曲等特點(diǎn)，能夠更好地與機(jī)器人的眼球相貼合，賦予機(jī)器人以紫外視覺功能，從而大大拓展機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域。

沈國震團(tuán)隊中的博士生李祿東和婁正助理研究員采用在單晶Zn2SnO4（簡稱ZTO）納米線表面修飾ZnO量子點(diǎn)的方法，成功研制出一種同時具備高光電導(dǎo)增益、低暗電流和快響應(yīng)速度等特點(diǎn)的柔性紫外圖像傳感器。該器件制備在柔性PET塑料薄膜襯底上，具有優(yōu)異的可彎曲性和機(jī)械穩(wěn)定性。由于Zn2SnO4納米線和ZnO量子點(diǎn)之間形成II型異質(zhì)結(jié)，使其光電導(dǎo)增益高達(dá)1.1 × 107，比探測率為9.0 × 1017Jones，響應(yīng)時間僅為47 ms。此外，在范智勇教授課題組的幫助下，他們還進(jìn)行了相關(guān)的理論模擬，結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)吻合。在彎曲條件下，所研制的柔性紫外圖像傳感器能夠有效地對紫外圖像進(jìn)行感應(yīng)并重現(xiàn)，證明了其在高性能柔性紫外成像方面的潛在應(yīng)用，也為機(jī)器人紫外視覺系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)帶來了曙光。

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