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Um novo tipo de OLED (diodo orgânico emissor de luz) pode substituir os volumosos óculos de visão noturna por óculos leves, tornando-os mais baratos e práticos para uso prolongado, de acordo com pesquisadores da Universidade de Michigan.
Um efeito de memória nos OLEDs também pode levar a sistemas de visão computacional que detectam e interpretam sinais de luz e imagens recebidas.
Os atuais sistemas de visão noturna dependem de intensificadores de imagem que convertem a luz infravermelha próxima em elétrons, que então aceleram através de um vácuo em um disco fino contendo centenas de pequenos canais. À medida que passam e colidem com as paredes do canal, os elétrons liberam milhares de elétrons adicionais e vão para uma tela de fósforo, que os converte em luz visível. A luz que entra é amplificada em 10.000 vezes neste processo, permitindo que o usuário enxergue à noite.
O dispositivo OLED recentemente desenvolvido também converte luz infravermelha próxima em luz visível e a amplifica mais de 100 vezes, mas sem o peso, a alta voltagem e a incômoda camada de vácuo necessária para intensificadores de imagem tradicionais. Os pesquisadores dizem que uma amplificação muito maior é possível otimizando o design do dispositivo.
“Uma das características mais atraentes dessa nova abordagem é que ela amplifica a luz dentro de uma pilha de filme fino com menos de um mícron de espessura. Isso é muito mais fino do que um fio de cabelo, que tem cerca de 50 mícrons de espessura”, disse Chris Giebink, professor de engenharia elétrica e de computação e física da UM e autor correspondente do estudo publicado recentemente em Fotônica da Natureza.
Como o dispositivo opera com uma voltagem muito menor do que um intensificador de imagem tradicional, ele abre caminho para uma redução significativa no consumo de energia e, assim, aumenta a vida útil da bateria.
O dispositivo funciona integrando uma camada de absorção de fótons, que converte luz infravermelha em elétrons, e uma pilha de cinco camadas de OLEDs, onde esses elétrons são convertidos em fótons de luz visível. Idealmente, cinco fótons são produzidos para cada elétron que passa pela pilha de OLEDs.
Alguns desses fótons são emitidos para o olho do usuário, mas outros são reabsorvidos de volta na camada de absorção de fótons, produzindo ainda mais elétrons que se movem pelo OLED em um ciclo de feedback positivo. Essa reação em cadeia amplifica muito a quantidade de luz de saída que resulta para uma determinada quantidade de luz de entrada.
Os OLEDs anteriores eram capazes de converter luz infravermelha próxima em luz visível, mas não havia ganho, o que significa que um fóton de entrada produzia um fóton de saída.
“Isso marca a primeira demonstração de alto ganho de fótons em um dispositivo de película fina”, disse Raju Lampande, pesquisador de pós-doutorado em engenharia elétrica e de computação da UM e principal autor do estudo.
O dispositivo também exibe um tipo de comportamento de memória que pode ter aplicações em visão computacional. Conhecido como histerese, sua saída de luz em um dado momento depende da intensidade e duração da iluminação de entrada passada.
“Normalmente, quando você ilumina um OLED de upconversion, ele começa a emitir luz e, quando você desliga a iluminação, ele para de emitir luz. Este dispositivo pode ficar preso e lembrar de coisas ao longo do tempo, o que é incomum”, disse Giebink.
Embora o comportamento de memória introduza alguns desafios para aplicações de visão noturna, ele pode criar uma oportunidade para processamento de imagem que funcione mais como o sistema visual humano — onde neurônios biológicos passam sinais adiante, ou não, com base no tempo e na força dos sinais recebidos. A capacidade de lembrar entradas passadas pode tornar esses OLEDs um bom candidato para o tipo de conexões semelhantes a neurônios que permitem que uma imagem de entrada seja interpretada e classificada sem ter que processar os dados em uma unidade de computação separada.
Os pesquisadores fabricaram o dispositivo usando materiais e métodos “prontos para uso” que já são amplamente utilizados na fabricação de OLED, o que deve melhorar tanto a relação custo-benefício quanto a escalabilidade para futuras aplicações da tecnologia.
O trabalho foi realizado em colaboração com a OLEDWorks, uma empresa que fabrica produtos de iluminação OLED, e a RTX, uma contratada aeroespacial e de defesa. A tecnologia está com patente pendente pela OLEDWorks e pela Penn State University, onde o estudo se originou antes de Giebink se mudar para a UM. Esta pesquisa foi financiada pela DARPA (Prêmio nº HR0011-22-C-0053).
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