Věda | Kamera | Solární energie

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: Víme o dalších novinkách, které se ve Windows 10 objeví na podzim. Vylepšují práci s okny a nastavení

Témata článku: Věda, Výzkum, IoT, Kamera, Světlo, Fotovoltaika, Prototyp, Solární energie, Článek, Běžná součást, Stejná velikost, Slunečný den, Externí napájení, Snímací čip, Nasnímaný obraz, Současný prototyp, Reálný čas, Michiganská univerzita, Nízká cena, Solární článek, Obrovské množství, Čip, Moderní telefon, Externí baterie, Plynulé video, Nejprodávanější kamery na Mall.cz


Určitě si přečtěte

Nejlepší programy z roku 2000: Další várka zapomenutých legend, které jste měli v PC

Nejlepší programy z roku 2000: Další várka zapomenutých legend, které jste měli v PC

** Pokračujeme ve vzpomínání na prehistorické programy ** Pročetli jsme vaše tipy v diskuzi ** A všechny ty vykopávky spustili na Windows 2000

Jakub Čížek | 72

Z rozmazané šmouhy krásná fotka. Takhle kouzlí nová umělá inteligence MyHeritage

Z rozmazané šmouhy krásná fotka. Takhle kouzlí nová umělá inteligence MyHeritage

** MyHeritage slibuje nejlepší neuronovou síť pro vylepšování fotek ** Funguje tím líp, čím horší fotku upravuje ** Otestovali jsme desítky různých snímků

Marek Lutonský, Lukáš Václavík | 36

Testy procesorů Intel Comet Lake pro desktopy jsou venku. Teď už je jasné, jakého dostaly Ryzeny soupeře

Testy procesorů Intel Comet Lake pro desktopy jsou venku. Teď už je jasné, jakého dostaly Ryzeny soupeře

** Embargo pro testy nových desktopových procesorů Comet Lake od Intelu skončilo ** Spousta recenzí a testů ukazuje výhody a nevýhody nových modelů ** Dokáží nové procesory konkurovat modelům od AMD?

Karel Javůrek | 47

Jak nahradit webkameru: jde to telefonem, zadarmo a s lepším obrazem

Jak nahradit webkameru: jde to telefonem, zadarmo a s lepším obrazem

** Koronavirus donutil mnohé zaměstnance pracovat z domova ** V souvislosti s tím vzrostla poptávka po webových kamerách ** Webkameru ale nemusíte kupovat – stačí mobil a aplikace!

Karel Kilián | 15

Šest nejlepších služeb a aplikací pro automatizaci online světa a chytré domácnosti

Šest nejlepších služeb a aplikací pro automatizaci online světa a chytré domácnosti

** Nastavte si automatiku na každodenní rutinní záležitosti ** Propojte online služby a chytrou domácnost ** Vybrali jsme šest nejlepších služeb pro automatizaci

Karel Kilián | 15