Вчені з Китаю розробили революційну систему візуалізації, натхненну здатністю змій відчувати тепло, що потенційно призведе до інфрачервоного зору в повсякденних смартфонах і камерах. Нова технологія дозволяє отримувати надвисокоякісні (4K) інфрачервоні зображення без необхідності дорогого кріогенного охолодження, що є значним прогресом у технології тепловізорів. Цей прорив використовує переваги біологічних механізмів, які використовують гримучі змії, щоб «бачити» тепло, перетворюючи їх на практичний і масштабований пристрій.
Як змії бачать тепло
Гримучі змії та інші види змій мають спеціальні «ямкові» органи — порожнисті камери з тонкими мембранами біля ніздрів. Ці органи сприймають інфрачервоне випромінювання, що надходить від теплокровної жертви. Коли інфрачервоні хвилі потрапляють на мембрану, вони створюють теплове зображення, яке надсилається в мозок по нервах. Цей біологічний процес неймовірно ефективний, дозволяючи зміям полювати в повній темряві.
Штучна система імітує це, накладаючи матеріали на 8-дюймовий диск. Ця установка вловлює інфрачервоне випромінювання та перетворює його на високоякісне видиме зображення. Суть технології полягає в її здатності виявляти інфрачервоне випромінювання при кімнатній температурі, зменшуючи потребу в громіздких і дорогих системах охолодження.
Технологія, що стоїть за проривом
Система візуалізації складається з кількох ключових рівнів:
- ІЧ-чутливий шар: колоїдні квантові точки (наночастинки ртуті та телуру) вивільняють електричні заряди, поглинаючи інфрачервоне випромінювання.
- Шари шумозаглушення: ці шари фільтрують шум, щоб забезпечити чіткий сигнал.
- Підвищувальний перетворювач (органічний світлодіод): Електрони зустрічаються з «дірками» (відсутні електрони) і вивільняють енергію, яка потім перетворюється на видиме зелене світло.
- Шар CMOS: перетворює видиме світло на цифрове зображення.
Накладаючи ці шари безпосередньо один на одного, система мінімізує шум і створює зображення з високою роздільною здатністю навіть за слабких інфрачервоних сигналів.
Чому це важливо: вихід за межі зміїного бачення
Здатність бачити інфрачервоне випромінювання розширює зір людини більш ніж у 14 разів за нормальний спектр. Це має наслідки далеко за межі простого бачення в темряві:
- Покращена видимість: Камери можуть виявляти теплі об’єкти в умовах слабкого освітлення, наприклад у тумані, диму або вночі.
- Промислове застосування: Перевірка обладнання, виявлення витоку газу та контроль якості на виробництві стають ефективнішими.
- Безпека харчових продуктів: Виявлення температурних аномалій під час зберігання або обробки їжі.
- Автономне водіння: Покращене виявлення перешкод за несприятливих погодних умов.
- Масштабованість і вартість: система використовує матеріали, сумісні з існуючими сенсорами CMOS, що потенційно робить її доступною для споживчих пристроїв.
Дослідники підрахували, що десятки мільйонів пікселів можна отримати за низькі витрати, що зробить цю технологію можливою для смартфонів і камер у майбутньому.
Майбутнє інфрачервоного бачення
Розробка цієї системи інфрачервоного зображення 4K знаменує собою важливий крок до інтеграції технології тепловізору в повсякденні пристрої. Навчаючись у природного світу — зокрема, геніальної здатності змій відчувати тепло — вчені створили нову форму штучного зору, яка є практичною, масштабованою та потенційно всюдисущою. Наслідки широкі, охоплюють численні галузі та споживчі програми.
