понедельник, 4 мая 2015 г.

Исследователи из Колумбийского университета создали видеокамеру, которая может работать бесконечно

Команда разработчиков Колумбийского университета под руководством профессора Шри Найяра создала крошечную и недорогую видеокамеру для носимых устройств и сенсорных сетей. Её особенность – в том, что она может работать бесконечно долго, поскольку сама вырабатывает необходимую ей энергию.


Очевидным решением задачи автономного питания была бы солнечная батарея, но это решение не было бы удовлетворительным с точки зрения размеров и стоимости. Учёные пошли другим путём и использовали фотодиодную матрицу камеры в качестве солнечной батареи, поскольку в основе получения изображения и электроэнергии лежат одни и те же физические процессы, правда используются они по-разному.
Каждый из миллионов пикселей в матрице камеры состоит из фотодиодов. Диод используется в так называемом режиме фотопроводимости, в котором на него подаётся высокое обратное напряжения. Когда свет падает на фотодиод, генерируемый ток уменьшает напряжение, и это падение напряжения пропорционально яркости света. Это позволяет пикселям измерять интенсивность падающего на них света.
В солнечном элементе, наоборот, фотодиоды используются в фотоэлектрическом режиме. Напряжение начинается с нулевого значения, и ток, вытекающий из устройства, как и напряжение, ограничены только интенсивностью освещённости.

Исследовательская группа расположила фотодиоды в массиве в 30х40 на печатной плате. С обратной стороны платы каждый фотодиод подключен к схемным компонентам на основе новой архитектуры пикселей (в ней каждый фотодиод находится в фотоэлектрическом режиме и соединён с двумя транзисторами). Затем этот массив датчиков был подключён к микроконтроллеру, собирающему энергию цепи на суперконденсаторах.
Во время каждого цикла захвата изображения, пиксели сначала записывают изображение, которое передается в компьютер, а затем переходят в режим сброса энергии. Далее в течение пятнадцати миллисекунд  пиксели повторно подвергаются циклу воздействию света. Затем все пиксели сбрасываются ещё раз, вырабатывая напряжение, которое и заряжает суперконденсаторы.
Для сцены, имеющей яркость 300 лк, камера может накопить заряд, достаточный для захвата изображения раз в секунду.
По расчётам исследователей, они могли бы оптимизировать массив датчиков, чтобы создать изображение 210х200 пикселей в секунду. Или, жертвуя разрешением, можно было бы получить более высокую частоту кадров (до 30 кадров в секунду).

Источник: Spectrum.ieee.org