Nový typ kamery nepotřebuje externí napájení. Snímací čip zároveň fotí a přeměňuje světlo na napájení. Velikost současného prototypu je méně než jeden milimetr.
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.
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“.
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.
