Vědci vytvořili novou kameru, která se sama napájí ze světla a je menší než jeden milimetr. Může být kdekoli

  • Nový typ kamery nepotřebuje externí napájení
  • Snímací čip zároveň fotí a přeměňuje světlo na napájení
  • Velikost současného prototypu je méně než jeden milimetr
Vědci vytvořili novou kameru, která se sama napájí ze světla a je menší než jeden milimetr. Může být kdekoli

Vědci z Michiganské univerzity představili nové řešení miniaturní kamery, která dokáže nejen snímat fotografie, respektive video, ale také nepotřebuje žádné externí napájení. Samotný snímací čip totiž zároveň funguje podobně jako solární článek, takže se postará o to, aby kamera zároveň měla energii na samotnou funkčnost snímání obrazu.

Kamery jsou dnes běžnou součástí všech moderních telefonů a i v rámci internetu věcí jsou miniaturní modely dostupné za nízkou cenu. Problém ale je, že v případě IoT stále potřebují napájení, které musí být řešené externí baterií s omezenou dobou výdrže nebo externím solárním článkem. Vědcům se ale podařilo vytvořit efektivní konstrukci, která řeší vše v jednom.

Elektřina ze světla

Co si možná neuvědomujeme, že kamera, respektive snímací čip dělá více méně to samé, co solární článek – převádí světlo na elektřinu. V případě snímacího čipu jsou tyto elektrické signály následně reprezentovány do digitálního formátu, který se posléze uloží do nějaké paměti a výsledkem je fotografie či video. V případě solárního článku dochází rovněž k přeměně světla na elektřinu, ale ta je využita pro napájení.

Klepněte pro větší obrázek
Detail vytvořené hybridního čipu

I když by bylo možné vyrobit kameru se snímacím čipem, která by uvnitř obsahovala i malé solární články, znamenalo by to poměrně zbytečné plýtvání místa a materiálu, nebo by to omezilo možnosti jedné či druhé technologie na stejné velikosti. Další možností je vytvořit snímací čip, jehož jednotlivé pixely by mohly fungovat zároveň jako detektor záření a solární článek. Mezi oběma stavy by mohlo jít efektivně přepínat a zajistit tak obě funkce v jednom. Takové řešení by ale dle vyjádření bylo příliš komplexní a docházelo by k omezování kvality snímání. Vědci ale vymysleli mnohem chytřejší a efektivnější řešení.

Zbytkové světlo

Vyvinutá konstrukce postavená na standardní technologii CMOS totiž využívá dvou vrstev. První přední vrstvu tvoří pixely detektoru záření, které zachycují světlo pro vytvoření obrazu. Skrze tuto vrstvu diod ale prochází zbytkové světlo, které dopadá na solární články. Množství světla, které nakonec projde, je sice opravdu málo, ale bez problémů to stačí na napájení samotné snímací části v reálném čase.

Prototyp je schopen s vytvořenými 5mikrometrovými pixely získat energii 998 pikowattů/lux na jeden čtvereční milimetr. Při běžném slunečném dni (60 tisíc lux) je vyrobený prototyp schopný fungovat a snímat obraz rychlostí až 15 snímků za sekundu, v případě průměrných světelných podmínek (20 tisíc až 30 tisíc lux) se pak maximální snímkovací frekvence sníží na 7,5 fps. I když se tak nejedná o plynulé video, 15 fps už je celkem slušná hodnota pro „přehrávání“.

Klepněte pro větší obrázek
Ukázka nasnímaného obrazu. Vlevo je výsledek kvality v režimu 7,5 fps při horším osvětlení a vpravo pak s 15 fps při slunečném dni

Jak je možné vidět na fotografii, rozlišení a schopnosti kamery jsou zatím velmi omezené, ale musíme myslet na to, že se jedná o první prototyp, který je spíše vyzkoušením dané konstrukce než skutečným produktem. Když mají nyní vědci ověřeno, že konstrukce a řešení funguje, mohou se pustit do vylepšování a optimalizace, která zlepší spotřebu, zvýší počet snímků za sekundu, zvětší barevnou škálu a další parametry.

Co je na této kameře ale zajímavé, je také mikroskopická velikost, která znamená možnost integrace tam, kde jsme si kamery dříve nedokázali představit a hlavně také nízkou cenu, protože se jich na wafer potenciálně vejde obrovské množství.

Pochopitelně zbývá dořešit další technologie, které zajistí například bezdrátový přenos dat do nějakého úložiště nebo internetu, ale i v těchto oblastech už se vyvíjí podobné systémy, které si vystačí s energií ze světla, změn teplot a podobně.

Oficiální materiály k výzkumu naleznete na stránkách IEEE Xplore.

Diskuze (5) Další článek: Tragický osud „nepotopitelné“ lodi: Připomeňte si ztroskotání Titanicu

Témata článku: Věda, Výzkum, Kamera, IoT, Světlo, Solární energie, Prototyp, Fotovoltaika, Solární článek, Nový typ, Elektrický signál, Slušná hodnota, Chytré řešení, Čtvereční milimetr, Omezená doba, Vědec, Miniaturní kamera, Zbytečné plýtvání, Plynulé video, Skutečný produkt, Článek, Vyrobený prototyp, Digitální formát, Napájení, Snímací čip


Určitě si přečtěte

Na Zemi je nejtepleji za posledních více než 100 tisíc let. Co nám hrozí?

Na Zemi je nejtepleji za posledních více než 100 tisíc let. Co nám hrozí?

** Letošní červenec byl třetím nejteplejším měsícem od roku 1880 ** Teplota naší planety roste raketovým tempem ** Co lidstvu hrozí v období, které v minulosti nemá obdoby?

Karel Kilián | 70

Čtyřicet procent je moc. Spalovací motory nedokážou splnit požadavek EU na snížení emisí

Čtyřicet procent je moc. Spalovací motory nedokážou splnit požadavek EU na snížení emisí

** EP nařídil automobilkám snížit o 40 % emise CO2 ** EU chce zvýšit podíl elektromobilů ** Výrobci hrozí ztrátou pracovních míst

Karel Kilián | 254

Jak funguje největší akumulátor v Česku: podívejte se do elektrárny Dlouhé Stráně

Jak funguje největší akumulátor v Česku: podívejte se do elektrárny Dlouhé Stráně

** Přečerpávací vodní elektrárna Dlouhé stráně je obdivuhodné technické dílo ** Stejná turbína vyrábí elektřinu i tlačí vodu zpět do horního jezera ** Strojovna elektrárny je zabudována v podzemí

David Polesný | 35


Aktuální číslo časopisu Computer

Jak vytvořit a spravovat vlastní web

Velký test herních klávesnic a DVB-T2 tunerů

Vše o formátu RAW

Vybíráme nejlepší základní desku