Synhwyrydd delweddu clyfar newydd wedi'i ddatblygu gan ddefnyddio dotiau cwantwm coloidaidd

The device uses new, low-carbon footprint technology that mimics the human brain and vision system, with huge potential for next-generation semiconductor imaging sensors.

Mae'r ddyfais yn defnyddio technoleg ôl-troed carbon isel newydd sy'n dynwared yr ymennydd a'r system weledol ddynol. Mae gan y ddyfais hon botensial enfawr ar gyfer synwyryddion delweddu lled-ddargludyddion y genhedlaeth nesaf.

Mae ymchwilwyr o Brifysgol Caerdydd wedi defnyddio dotiau cwantwm coloidaidd i ddatblygu math newydd o synhwyrydd delweddu sy'n gallu gwneud math o ddelweddu cenhedlaeth nesaf a elwir yn olwg niwromorffig.

Wedi'i ysbrydoli gan y retina dynol, mae golwg niwromorffig yn cyfuno synhwyro delweddau â chof i alluogi swyddogaethau rhag-brosesu megis adnabod lliw, dysgu gweledol ar gof ac anghofio.

Er bod cynnydd wedi bod yn y cynhyrchiad o ddyfeisiau optoelectroneg sy'n gallu gwneud golwg niwromorffig, maent fel arfer wedi defnyddio deunyddiau cwantwm gwenwynig ac mae hyn wedi arwain at olion traed carbon uchel.

Mae gan y dechneg botensial enfawr ym meysydd gofal iechyd, golwg roboteg, golwg peiriannol, awtomeiddio diwydiannol, electroneg i ddefnyddwyr a cherbydau ymreolaethol.

Dywedodd Dr Bo Hou, Uwch-ddarlithydd yn Ysgol Ffiseg a Seryddiaeth Prifysgol Caerdydd, a arweiniodd yr ymchwil: “Rydym wedi defnyddio dotiau cwantwm coloidaidd i ddatblygu synhwyrydd delweddu wedi'i brosesu gan doddiant. Gellir ei fodiwleiddio trwy addasu’r dwysedd pwls ysgafn, yr amlder, y donfedd, a'r foltedd giât.

“I esbonio, mae arae ffototransistor yn weithredu swyddogaethau rhag-brosesu delweddau, gan gynnwys adnabod lliw, cofio gweledol, ac anghofio.

"Gallai hyn gryfhau arweinyddiaeth clwstwr lled-ddargludyddion De Cymru yn sylweddol, sydd eisoes yn ffynnu, a bod yn ddylanwad ar ddatblygiadau mewn cyfrifiadura niwromorffig a synhwyro delweddau niwromorffig yn y dyfodol.

"Mae gan y dyfeisiau lled-ddargludyddion hyn botensial aruthrol i fod yn hanfodion ar gyfer technoleg gyfrifiadura, synhwyro a delweddu lled-ddargludyddion y genhedlaeth nesaf."

Mae'r tîm o Brifysgol Caerdydd wedi llwyddo i greu synhwyrydd delweddu niwromorffig trwy ddefnyddio dotiau cwantwm coloidaidd CuZnInSSe (CIZS) nad ydynt yn gwenwynig iawn ac InGaZnO (IGZO) amorffaidd.

Nanogrisialau lled-ddargludol sy'n cael eu prosesu gan doddiant yw dotiau cwantwm coloidaidd. Mae ganddynt diamedrau cyn lleied â 2-10 nanometr (un biliwnfed o fetr) - a gellir newid eu priodweddau yn ôl eu maint corfforol.

Dyma'r tro cyntaf i ddotiau cwantwm coloidaidd CIZS gael eu defnyddio yn haen weithredol ar gyfer golwg niwromorffig. Mae hyn yn cynnig dull llai dwys o ran garbon o ddatblygu synwyryddion delweddu.

Mae'r tîm, sydd wedi'u lleoli yn labordai o'r radd flaenaf yng Nghanolfan Ymchwil Drosi (TRH) newydd Prifysgol Caerdydd, bellach yn canolbwyntio ar synwyryddion delweddu niwromorffig perfformiad uchel yn seiliedig ar ddotiau cwantwm coloidaidd carbon isel a ffynhonnau cwantwm.

Maent yn dweud y bydd hyn yn galluogi diwydiannau i weithredu'r nanogrisialau lled-ddargludyddion coloidaidd wedi'u prosesu gan doddiant yn rhan o'u technolegau. Bydd hyn yn rhoi hwb i'w datrysiadau, effeithlonrwydd, lled band ac effeithlonrwydd cwantwm ac maent yn disgwyl gallu rhannu eu cynnydd yn y dyfodol agos.

Cyhoeddir yr astudiaeth, a ariennir gan brosiect “SWIMS” y Cyngor Ymchwil Peirianneg a Gwyddor Ffisegol (EPSRC) a Gwobrau Cydweithredu Rhyngwladol y Gymdeithas Frenhinol, yn y cyfnodolyn Advanced Optical Materials.

Papur: A Low-Toxic Colloidal Quantum Dots Sensitized IGZO Phototransistor Array for Neuromorphic Vision Sensors. Adv. Optical Mater. 2024, 2302451