جهاز بصري‑كهروني ثنائي الوضعية 0D/2D ذو لاغتراب مكاني مُمكّن بالترسيب الليزري الفيمتوثاني الموضعي

عيون إلكترونية أذكى لروبوتات المستقبل

تحتاج الروبوتات الحديثة والأجهزة القابلة للارتداء بشكل متزايد إلى رؤية ليست حادة وسريعة فحسب، بل قادرة أيضاً على التعلم من المشاهد. اليوم تتطلب هذه القدرات عادةً مكونات منفصلة كثيرة وأسلاك معقدة. تقدم هذه الدراسة نوعاً جديداً من «العين الإلكترونية» الصغيرة التي يمكنها كل من كشف التغيرات الضوئية السريعة وتخزين المعلومات البصرية، كل ذلك في جهاز واحد بسيط. قد تساعد هذه التكنولوجيا في بناء كاميرات أكثر إحكاماً وكفاءة في استهلاك الطاقة للذكاء الاصطناعي والروبوتات الشبيهة بالبشر وأنظمة الواقع المعزز.

جهاز صغير يرى ويتذكر

تفعل أعيننا شيئين في آن واحد: تستشعر الضوء بسرعة وتغذي الدماغ بمعلومات يمكن تخزينها كذكريات. بالمقابل، تقسم معظم الكاميرات والدوائر هذه المهام عبر عناصر متعددة. في هذا العمل، يجمع المؤلفون الوظيفتين في مكوّن مصغر واحد يسمونه جهاز بصري‑كهروني ثنائي الوضع. اعتماداً على كيفية توصيله كهربائياً، يمكن أن يعمل نفس البناء إما ككاشف ضوئي عالي السرعة أو كحساس رؤية شبيه بالعصبون/المشبك العصبي الذي يعزز استجابته اعتماداً على التعرض الضوئي السابق. بقلب بسيط لاتجاه الجهد، يتحول الجهاز بين هاتين الشخصيتين.

البناء بأوراق مسطحة ونقاط دقيقة

يبنى الجهاز من مواد رقيقة للغاية. الأساس عبارة عن ورقة مسطحة من كبريتيد الموليبدينوم، أو MoS₂، سماكتها بضعة عشرات من الذرات فقط، وتعمل كممر رئيسي للتيار الكهربائي. على جزء من هذه الورقة، يضع الفريق جسيمات فسفور أسود صفرية‑البُعد—رقع دقيقة يبلغ قطرها بضعة نانومترات—بينما يُحجب جزء آخر بطبقة واقية مصنوعة من نيتريد البورون السداسي. هذه الفوارق الموروثة، حيث تُغطّى جهة بجسيمات والأخرى تُقنَع، تمنح الجهاز لاغتراباً يميناً‑يسارياً مدمجاً يتبيّن أنه حاسم لسلوكه الثنائي.

نحت المادة بنبضات ليزر فائقة القصر

لوضع الجسيمات في المواقع اللازمة بالضبط، طوّر الباحثون طريقة تسمى الترسيب الليزري الفيمتوثاني الموضعي (Microzone Femtosecond Laser Deposition). بدلاً من نشر الجسيمات عبر شريحة كاملة باستخدام سوائل أو طلاء لمساحات واسعة، يركّزون ليزراً فائق السرعة على رقعة صغيرة من الفسفور الأسود. تستمر كل نبضة ليزر لجزء من كوادريليون من الثانية فقط، مما يسمح لها بنفث المادة دون تسخين أو إتلاف البنى المجاورة. تُشكل المادة المتطايرة رذاذاً من الجسيمات الذي يسافر نحو 16 ميكرومتراً فقط—حوالي خُمس عرض شعرة بشرية—قبل أن يستقر على سطح MoS₂ المعرض. من خلال ضبط طاقة الليزر والهندسة، يمكن للفريق التحكم في عدد الجسيمات وحجمها ومدى انتشارها، مكوّنين أنماطاً نظيفة ودقيقة حسب الطلب.

من كاميرا سريعة إلى بكسل متعلم

بمجرد وضعها، تقوم الجسيمات بوظيفتين مزدوجتين. أولاً، تمنح إلكترونات إلى ورقة MoS₂، مما يجعلها أكثر موصلاً ويحسّن حساسيتها للضوء عبر نطاق واسع، من فوق البنفسجي إلى ما يقارب الأشعة تحت الحمراء. ثانياً، عندما يسقط الضوء على البنية، تُحتجز بعض الشحنات في الجسيمات وتستمر هناك لفترة، مما «يُمَثّل» التيار في الورقة الأساسية حتى بعد إطفاء الضوء. يتيح هذا التأثير الشبيه بالذاكرة للجهاز، تحت اتجاه توصيل واحد، أن يتصرف كحساس شبيه بالعصبون: ومضات متكررة من الضوء تقوّي استجابته الكهربائية بطريقة مشابهة لكيفية تعزيز المشابك البيولوجية للوصلات. تحت اتجاه التوصيل المعاكس، يُستخدم الجزء العابر السريع فقط من الاستجابة، مما يعطي كاشف ضوئي سريع يستطيع متابعة ضوء متقطع حتى عدة آلاف من المرات في الثانية.

نحو رؤية آلية مدمجة ومقتصدة في الطاقة

يظهر الباحثون أن جهازهم الفردي يمكنه تتبع إشارات ضوئية سريعة جداً—أسرع مما تستطيع العين البشرية تمييزه—وتخزين أنماط بصرية باستخدام طاقة ضئيلة للغاية لكل حدث. في تجارب حاسوبية، يمكن لمصفوفات من مثل هذه الأجهزة التعرف على أرقام مكتوبة باليد بدقة عالية، ما يشير إلى إمكانيتها كعناصر بناء لأجهزة رؤية آلية مستقبلية. للمستخدم العادي، الخلاصة أن هذا العمل يقدم طريقة لتقليص كاميرا كاملة بالإضافة إلى أجزاء من معالج شبيه بالدماغ إلى عنصر أبسط وأكثر كفاءة. قد يؤدي ذلك في نهاية المطاف إلى نظارات ذكية أنحف، وروبوتات أكثر رشاقة، وأنظمة أخرى تملك «عيوناً» ترى بسرعة وتتعلم من الخبرة في نفس الوقت.

الاستشهاد: Li, Z., Zou, G., Huo, J. et al. Dual-mode 0D/2D spatial asymmetry optoelectronic device enabled by in situ microzone femtosecond laser deposition. Light Sci Appl 15, 153 (2026). https://doi.org/10.1038/s41377-026-02195-8

الكلمات المفتاحية: رؤية شبيهة بالدماغ العصبي, كاشف ضوئي, مواد ثنائية الأبعاد, جسيمات الفسفور الأسود النقطية, الترسيب بالليزر الفيمتوثاني