Разработчики под руководством Юй Сик Юна из Мичиганского университета США создали фотосенсор, где почти всю площадь пикселя занимает область, которая может одновременно и вырабатывать энергию, и формировать изображение. Это позволяет обойтись без электричества.

При этом площадь камеры составляет менее 1 мм2. Камера поддерживает съёмку до 15 кадров в секунду.

В чём суть идеи

В основе как фотокамер, так и солнечных батарей лежат одни и те же фотосенсоры. Просто один сохраняет падающую на него энергию, а другой — записывает, сколько её попало на сенсор. Как отмечается, есть два способа совместить фото и энергетические возможности в одном сенсоре. Первый — создать матрицу, в которой для съемки и для выработки энергии используется одно и то же пространство. Тогда устройство выйдет небольшим. Но минус такого решения, что его придется переключать между двумя режимами (съемка и запитывание), на что тратится часть энергии, а фотоматрица не может снимать без перерыва, и у неё выходит низкая частота кадров.

Второй подход — сделать в фотоматрице две отдельные зоны. Одна из них будет снимать, вторая — генерировать для этого энергию. Они смогут работать одновременно, но существенную часть каждого пикселя в таком случае займет солнечная панель. Фотоэлемент станет более громоздким, а количество света, использующегося для съемки, значительно снизится.

В версии Мичиганского университета разработчики разместили сенсоры друг над другом, что позволило решить проблему места. Новая фотоячейка состоит из двух фотодиодов, расположенных один под другим. Верхний собирает часть дырок (носителей заряда, образованных после того, как фотоны выбили электроны из своих позиций), и таким образом получает сигнал для формирования изображения. А нижний улавливает оставшиеся фотоны, и использует их для выработки энергии.

Что показали тесты

Как сообщается, на верхний диод26% общего дырочного тока, а на фотогальваническую ячейку под ним — 74%. В других сенсорах эта энергия попросту не используется.

На основе этого инженеры создали прототип фотоматрицы разрешением 100х90 пикселей и активной областью 0,86 х 0,66 мм. Она может вырабатывать 30 мкВт энергии при освещении 120 килолюксов (яркий солнечный день). При этом на съемку с частотой 15 кадров/сек потребляется только 10 мкВт энергии. Хотя, надо сказать, чёткость пока не очень хорошая.

При этом отмечается, что датчик легко улучшить по качеству картинки, частоте кадров и энергопотреблению. Также можно снизить освещённость.

Где можно применять

Везде, начиная от смартфонов и заканчивая шпионской техникой. К слову, именно в последней это будет востребовано более всего.