Instrumentul deschide ușa pentru utilizarea pe scară largă a spectrometrelor portabile.
Cercetătorii din domeniul spectrometriei optice au creat un instrument mai bun pentru măsurarea luminii. Acest progres ar putea îmbunătăți totul, de la camerele smartphone-urilor până la monitorizarea mediului.
Cercetarea, condusă de Universitatea Aalto din Finlanda, a dezvoltat un spectrometru puternic, incredibil de mic, care se potrivește pe un microcip și este condus de inteligență artificială.
Cercetarea lor a fost publicată recent în revista Science.
Studiul a folosit o clasă relativ nouă de materiale super-subțiri cunoscute sub numele de semiconductori bidimensionali, iar rezultatul este o dovadă de concept pentru un spectrometru care ar putea fi integrat cu ușurință într-o serie de tehnologii precum platforme de inspecție a calității, senzori de securitate, analizoare biomedicale și telescoape spațiale.
„Am demonstrat o modalitate de a construi spectrometre care sunt mult mai miniaturale decât cele utilizate în mod obișnuit astăzi”, a spus Ethan Minot, Profesor de fizică la Colegiul de Știință al Universității de Stat din Oregon, care a lucrat la studiu.
„Spectrometrele măsoară puterea luminii la diferite lungimi de undă și sunt foarte utile în multe industrii și în toate domeniile științei pentru identificarea probelor și caracterizarea materialelor.” a adăugat el.
Minot a susținut că noul spectrometru s-ar putea potrivi pe capătul unui păr uman, spre deosebire de spectrometrele convenționale care au nevoie de componente optice și mecanice mari. Potrivit noului studiu, astfel de componente ar putea fi înlocuite cu materiale semiconductoare noi și inteligență artificială, permițând spectrometrelor să fie reduse drastic în dimensiune față de cele mai mici disponibile în prezent, care au aproximativ dimensiunea unui bob de strugure.
„Spectrometrul nostru nu necesită asamblarea componentelor optice și mecanice separate sau a modelelor de matrice pentru a dispersa și filtra lumina”, a spus Hoon Hahn Yoon, care a condus studiul împreună cu colegul de la Universitatea Aalto, Zhipei Sun Yoon.
„În plus, poate atinge o rezoluție înaltă comparabilă cu sistemele actuale, dar într-un pachet mult mai mic.” a declarat el.
Dispozitivul este 100% controlabil electric în ceea ce privește culorile luminii pe care le absoarbe, ceea ce îi oferă un potențial masiv de scalabilitate și utilizare pe scară largă, spun cercetătorii.
„Integrarea directă în dispozitive portabile, cum ar fi smartphone-uri și drone, ne-ar putea uşura viața de zi cu zi”, a spus Yoon.
„Imaginați-vă că următoarea generație de camere pentru smartphone-uri ar putea fi camere hiperspectrale.” a adăugat el.
Aceste camere hiperspectrale ar putea capta și analiza informații nu doar de la lungimi de undă vizibile, ci și să permită imagini și analize în infraroșu.
„Este incitant că spectrometrul nostru deschide posibilități pentru tot felul de gadgeturi și instrumente noi de zi cu zi”. a spus Minot.
În medicină, de exemplu, spectrometrele sunt deja testate pentru capacitatea lor de a identifica modificări subtile în țesutul uman, cum ar fi diferența dintre tumori și țesutul sănătos.
Pentru monitorizarea mediului, a adăugat Minot, spectrometrele pot detecta exact ce fel de poluare este în aer, apă sau sol și cât de mult este acolo.
„Ar fi frumos să avem spectrometre portabile, cu costuri reduse, care să facă această lucrare pentru noi”, a spus el.
„Și în mediul educațional, predarea practică a conceptelor științifice ar fi mai eficientă cu spectrometre compacte și ieftine.
Aplicațiile abundă și pentru pasionații orientați spre știință.” a spus Minot.
„Dacă sunteți pasionați de astronomie, s-ar putea să fiți interesat să măsurați spectrul de lumină pe care îl colectați cu telescopul și ca informațiile respective să identifice o stea sau o planetă”, a spus el.
„Dacă geologia este hobby-ul tău, ai putea identifica pietrele prețioase măsurând spectrul de lumină pe care o absorb.”a mai adăugat el.
Minot crede că, pe măsură ce lucrul cu semiconductori bidimensionali progresează, „vom descoperi rapid noi modalități de a folosi proprietățile lor optice și electronice noi.”
Cercetările în semiconductori 2D se desfășoară în mod serios de doar câţiva ani, începând cu studiul grafenului, carbon aranjat într-o rețea de tip fagure cu o grosime de un atom.
„Este cu adevărat interesant”, a spus Minot. „Cred că vom continua să avem descoperiri interesante prin studierea semiconductorilor bidimensionali.”
Articol de Răzvan Lupu
