Uma equipe de pesquisadores do Laboratório Nacional das Montanhas Rochosas (NLR) nos Estados Unidos descobriu o mecanismo pelo qual certos materiais podem replicar fenômenos que tornam a visão humana tão eficiente. O estudo, publicado na revista Advanced Functional Materials, investiga as sinapses optoeletrônicas que podem reproduzir funcionalidades do sistema visual biológico.
A pesquisa identificou a origem da fotocondutividade persistente em óxido de vanádio (V2O5), um mecanismo que imita algumas funções das sinapses biológicas nos olhos. O trabalho foi financiado pelo Departamento de Energia dos EUA como parte do Centro de Pesquisa em Fronteira Energética reMIND.
Este avanço constrói sobre anos de pesquisa em optoeletrônica e apresenta uma descoberta fundamental sobre como certas vacâncias atômicas geram tempos de resposta fotônica mais longos, essenciais para uma visão similar à ocular e aplicações como imagens multiespectrais, sensores e comunicações.
Os cientistas esclareceram o papel exato das vacâncias de oxigênio ao modelar, fabricar e testar dispositivos de sinapse optoeletrônica baseados em óxido de vanádio pentóxido (V2O5). Eles descobriram que as vacâncias de oxigênio dentro dos cristais de V2O5 aprisionam cargas criadas pela luz incidente, formando um chamado ‘polarão’ que confere ao cristal uma espécie de memória.
Quando a equipe pulsou o material com várias comprimentos de onda de luz, observaram persistência por mais de 25 minutos. Este tempo de decaimento mais longo é funcionalmente similar a uma sinapse neural. No cérebro, essa persistência de carga leva à potenciação de longo prazo e plasticidade — as chaves da memória.
O estudo cria possibilidades para a fabricação de uma nova geração de materiais com memória ajustável e visão computacional. Devido à forma como esses cristais emulam sinapses, eles oferecem um circuito simplificado que reduz tanto o consumo de energia quanto a interferência de sinais.
Os materiais também fazem coisas que nossos olhos não conseguem, como ver luz infravermelha. Com sua sensibilidade a um espectro amplo de luz e capacidade de serem fixados em vidro flexível, cristais como V2O5 podem ser a base para aplicações em visão neuromórfica, como robótica, eletrônicas de borda, sensores distribuídos, bioengenharia e muito mais.
Um resultado importante do estudo foi identificar o papel dos polarões para alcançar fotocondutividade persistente ajustável nesta classe de materiais óxidos. Esta percepção, combinada com áreas como materiais policristalinos de baixo custo, métodos de fabricação de dispositivos escaláveis, sensibilidade de banda larga e substratos flexíveis, abre caminhos para explorar mecanismos semelhantes em uma ampla gama de materiais e arquiteturas de dispositivos neuromórficos ópticos.
Leia mais sobre o assunto na phys.org.
📨 Inscreva-se na Newsletter de O Cafezinho
Receba nossas análises e as principais notícias diárias do Brasil e do Sul Global.