Naukowcy z Chin opracowali rewolucyjny system obrazowania inspirowany zdolnością węży do wyczuwania ciepła, co może potencjalnie prowadzić do widzenia w podczerwieni w codziennych smartfonach i aparatach. Nowa technologia umożliwia uzyskiwanie obrazów w podczerwieni o ultrawysokiej jakości (4K) bez konieczności stosowania kosztownego chłodzenia kriogenicznego, co stanowi znaczący postęp w technologii obrazowania termowizyjnego. W tym przełomowym odkryciu wykorzystano mechanizmy biologiczne grzechotników, które „widzą” ciepło, przekształcając je w praktyczne i skalowalne urządzenie.
Jak węże widzą ciepło
Grzechotniki i inne gatunki węży mają wyspecjalizowane narządy „dołkowe” – puste komory z cienkimi błonami w pobliżu nozdrzy. Narządy te wykrywają promieniowanie podczerwone pochodzące od stałocieplnej ofiary. Kiedy fale podczerwone uderzają w membranę, tworzą obraz termiczny, który jest wysyłany do mózgu wzdłuż nerwów. Ten proces biologiczny jest niezwykle skuteczny, umożliwiając wężom polowanie w całkowitej ciemności.
Sztuczny system naśladuje to, nakładając materiały na 8-calowy dysk. Taka konfiguracja wychwytuje promieniowanie podczerwone i przekształca je w wysokiej jakości obraz widzialny. Istota tej technologii polega na jej zdolności do wykrywania promieniowania podczerwonego w temperaturze pokojowej, co zmniejsza potrzebę stosowania nieporęcznych i kosztownych systemów chłodzenia.
Technologia kryjąca się za przełomem
System wizualizacji składa się z kilku kluczowych warstw:
- Warstwa wrażliwa na podczerwień: Koloidalne kropki kwantowe (nanocząsteczki rtęci i telluru) uwalniają ładunki elektryczne podczas absorpcji promieniowania podczerwonego.
- Warstwy redukcji szumów: Te warstwy odfiltrowują szumy, zapewniając wyraźny sygnał.
- Przetwornik w górę (organiczna dioda LED): Elektrony spotykają się z „dziurami” (brakującymi elektronami) i uwalniają energię, która następnie jest przekształcana w widzialne zielone światło.
- Warstwa CMOS: Konwertuje światło widzialne na obraz cyfrowy.
Układając te warstwy bezpośrednio jedna na drugiej, system minimalizuje szumy i generuje obrazy o wysokiej rozdzielczości nawet przy słabych sygnałach podczerwieni.
Dlaczego to ma znaczenie: wyjście poza wizję węża
Zdolność widzenia promieniowania podczerwonego rozszerza ludzkie widzenie ponad 14 razy w stosunku do normalnego widma. Ma to konsekwencje znacznie wykraczające poza zwykłe widzenie w ciemności:
- Lepsza widoczność: kamery mogą wykrywać ciepłe obiekty w warunkach słabego oświetlenia, takich jak mgła, dym lub w nocy.
- Zastosowania przemysłowe: Kontrola sprzętu, wykrywanie wycieków gazu i kontrola jakości w produkcji stają się bardziej wydajne.
- Bezpieczeństwo żywności: Wykrywanie anomalii temperaturowych podczas przechowywania lub przetwarzania żywności.
- Jazda autonomiczna: Lepsze wykrywanie przeszkód w niesprzyjających warunkach pogodowych.
- Skalowalność i koszt: w systemie zastosowano materiały kompatybilne z istniejącymi czujnikami CMOS, co potencjalnie czyni go przystępnym cenowo dla urządzeń konsumenckich.
Naukowcy szacują, że niewielkim kosztem można uzyskać dziesiątki milionów pikseli, co umożliwi w przyszłości zastosowanie tej technologii w smartfonach i aparatach fotograficznych.
Przyszłość widzenia w podczerwieni
Opracowanie tego systemu obrazowania w podczerwieni 4K stanowi ważny krok w kierunku integracji technologii obrazowania termowizyjnego z urządzeniami codziennego użytku. Ucząc się od świata przyrody – a konkretnie od genialnej zdolności węży do wyczuwania ciepła – naukowcy stworzyli nową formę sztucznego widzenia, która jest praktyczna, skalowalna i potencjalnie wszechobecna. Konsekwencje są szerokie i obejmują wiele branż i zastosowań konsumenckich.
