Các nhà nghiên cứu phát triển thành công cảm biến hình ảnh điện dung với độ phân giải và độ nhạy cao

Chúng ta đều biết dấu vân tay có thể là một yếu tố đóng vai trò quan trọng trong việc nhận dạng truy cập cá nhân cũng như được sử dụng trong nhiều nhiệm vụ phức tạp khác. Thế nhưng máy quét vân tay hiện tại nhìn chung vẫn có thể dễ dàng bị đánh lừa bằng dấu vân tay giả hoặc thậm chí là một dấu vân tay khác có cấu trúc tương tự. Nhận ra được nhược điểm này, một nhóm các nhà nghiên cứu tại Nhật Bản đã phát triển thành công một loại cảm biến hình ảnh điện dung với độ phân giải và độ nhạy cực cao, có thể được ứng dụng trong các hệ thống máy quét vân tay cho tốc độ và độ chính xác cực cao.

• Các nhà nghiên cứu sử dụng thị giác máy tính để hiểu rõ hơn về ảo ảnh quang học

Cụ thể cảm biến hình ảnh điện dung tiên tiến này có độ nhạy và độ phân giải cao đến mức khi được sử dụng trong máy quét vân tay, nó có thể cho thấy nhiều hơn các vòng xoáy của cấu trúc vân tay, đồng thời giúp phát hiện ra cả lỗ chân lông giữa các đường vân tay - có thể nói là độ chi tiết đã đạt đến mức tối đa.

Nguyên mẫu của cảm biến này thực ra đã được trình bày lần đầu tiên vào tháng 12 tại Hội nghị Thiết bị điện tử quốc tế IEEE 2018 diễn ra tại San Francisco, California. Một bài viết mô tả chi tiết về cảm biến đã được công bố trong hội nghị về kỹ thuật điện tử quốc tế 2018 (2018 International Electron Devices Meeting). Tuy nhiên, vẫn còn một số vấn đề mà các nhà nghiên cứu phải khắc phục, do vậy, phải đến cuối tuần trước, các tác giả mới có thể trình bày đầy đủ tài liệu và kết quả thử nghiệm mới công trình này tại một hội nghị do Viện Thông tin Hình ảnh và Kỹ thuật Truyền hình (ITE) Nhật Bản tổ chức.

• [Infographic] IIoT tác động đến các ngành công nghiệp chủ chốt như thế nào?

"Điểm quan trọng nhất của cảm biến đã được các nhà nghiên cứu phát triển chính là độ nhạy điện dung cao", Shigetoshi Sugawa, giáo sư tại Trường Cao học Kỹ thuật trực thuộc Đại học Tohoku, người đứng đầu công trình nghiên cứu cho biết.

“Chúng ta đều biết rằng cảm ứng điện dung được sử dụng trong rất nhiều thiết bị điện tử ngày nay, có thể kể đến như điện thoại màn hình cảm ứng hay bàn di chuột máy tính (trackpad)... Tuy nhiên, cảm ứng trên các thiết bị này thường là kém nhạy hơn rất nhiều. Nguyên nhân nằm ở sự khác biệt về tính chất điện giữa cảm biến và công cụ dẫn điện (như ngón tay) cho phép thiết bị phản ứng với cử chỉ rê, cuộn hoặc nhấp đúp. Điện dung tăng khi đối tượng ở gần hơn - tức là khi bạn thực hiện cử chỉ rê ngón tay điện dung sẽ tăng so với khi chỉ chạm đầu ngón tay.

Tuy nhiên, cảm biến điện dung độ nhạy cao mới của các nhà khoa học Nhật Bản lại được phát triển dựa trên công nghệ giảm nhiễu cũng mới được giới thiệu.

• Công nghệ mô phỏng mới giúp cải thiện đáng kể độ an toàn cho xe tự lái

Chip cảm biến có chứa các pixel có nhiệm vụ phát hiện điện dung giữa các mẫu và phát hiện những điện cực. Mỗi pixel sẽ được gắn một điện cực phát hiện (detection electrode), được ghép nối điện dung với một dây nối đất. Những tín hiệu điện này sau đó sẽ được chuyển đổi thành hình ảnh của các mẫu. Trước đây, các cảm biến tín hiệu sẽ thu được cả nhiều loại nhiễu nền khác nhau, như nhiễu nhiệt và nhiễu do sự thay đổi của các thành phần điện pixel, từ đó tạo ra hình ảnh có chất lượng thấp hơn.

Để khắc phục vấn đề này, các nhà nghiên cứu đã áp dụng những “công tắc điều chỉnh” (reset switches) cho các detection electrode, và sử dụng một xung điện áp để tạo ra một luồng điện xoay vòng (circuit) có thể dò theo nguồn nhiễu. Các reset switch này cho phép hệ thống phát hiện nhiễu nền phát sinh tại những detection electrode. Xung điện áp sẽ xuất hiện xen kẽ giữa 2 cấp điện áp sau khi các reset switch được tắt, giúp loại bỏ một cách hiệu quả nhiễu nền khỏi hệ thống.

“Tôi cho rằng phát minh này rất quan trọng trong ứng dụng thực tế vào đời sống, bới nó có thể cải thiện hiệu quả phân tích và kiểm soát trong nhiều lĩnh vực khác nhau như điện tử, xác thực bảo mật, khoa học đời sống, hay nông nghiệp, v.v.”, giáo sư Sugawa chia sẻ.

• Hệ thống tàu điện ngầm thành phố Thâm Quyến Trung Quốc sẽ cho phép thanh toán thông qua tính năng nhận diện khuôn mặt

Trong tương lai gần, giáo sư Sugawa và các nhà nghiên cứu có kế hoạch tối ưu hóa cảm biến này cho từng ứng dụng cụ thể, chẳng hạn như thiết bị kiểm tra không tiếp xúc của bảng mạch in, màn hình phẳng, cũng như hệ thống camera di động, với các con chip cảm biến được phát triển riêng biệt.

Nhóm nghiên cứu đứng đằng sau công trình đầy tiềm năng này bao gồm những nhà khoa học hàng đầu Nhật Bản đương thời: Giáo sư Shigetoshi Sugawa, phó giáo sư Rihito Kuroda, Masahiro Yamamoto, Manabu Suzuki - 2 nghiên cứu sinh thuộc trường Đại học Tohoku; Tetsuya Goto, phó giáo sư tại viện sáng tạo công nghiệp của Đại học Tohoku; Các chuyên gia Hiroshi Hamori, Shinichi Murakami và Toshiro Yasuda thuộc tập đoàn OHT, Inc.