تحول در نجوم و پزشکی با دوربینی ۴۰۰ هزار مگاپیکسلی

به گزارش مجله خبری نگار، برای ما که مقیاس ذهنی‌مان از قابلیت یک دوربین برای ثبت تصاویر نهایتاً ۱۰۰ مگاپیکسل است دوربین فوق رسانای ۴۰۰ هزار مگاپیکسلی یک معمای جالب است و دوست داریم بدانیم با چنین ابزار قدرتمندی چه کاری می‌توان انجام داد. شاید بپرسید مگر چنین دوربینی هست؟ بله، ماجرا از این قرار است که دانشمندان به تازگی دوربین فوق رسانای ۴۰۰ هزار پیکسلی طراحی کرده‌اند که کمک بسیار بزرگی به بشر می‌کند. این افراد در موسسه NIST دوربینی را با قابلیت فوق‌رسانایی معرفی کرده‌اند که می‌تواند دید و نگرش ما از جهان را بازتعریف کند. درحالی‌که بیش از دو دهه است که دوربین‌های ابر رسانا کم‌نورترین نور‌های کیهان را ثبت می‌کنند، دوربین جدید با بهبود چشمگیری در وضعیت هنری، از چند هزار پیکسل به ۴۰۰ هزار پیکسل رسیده است. اما این دوربین ۴۰۰ هزار پیکسلی چه کاری انجام می‌دهد؟

دوربین‌های ابررسانا چه ویژگی دارند؟

دوربین‌های ابررسانا دوربین‌های جدیدی نیستند. این دستگاه‌ها که در ثبت سیگنال‌های نوری بسیار ضعیف، موفق هستند، بیش از دو دهه است که وجود دارند. برخلاف دوربین‌های سنتی که برای ثبت طیف گسترده‌ای از نور، به حسگر‌های مبتنی بر نیمه‌رسانا‌ها نیاز دارند، دوربین‌های فوق رسانا می‌توانند فوتون‌های تکی را شناسایی کنند که باعث می‌شود برای ثبت منابع نوری ضعیف مانند ستارگان دوردست یا کهکشان‌ها بسیار کارآمد باشند. وقتی این دوربین‌ها در حد صفر مطلق خنک می‌شوند، جادوی واقعی رخ می‌دهد. در این دما، جریانات الکتریکی بدون مقاومت جریان پیدا می‌کنند که این پدیده به نام «فوق رسانایی» شناخته می‌شود.

عملکرد دوربین‌های ابررسانا

وقتی یک فوتون (یک ذره نور) به حسگر دوربین برخورد می‌کند، جریان را در یک پیکسل خاص مختل می‌کند. با نقشه‌برداری این اختلالات در سراسر شبکه دوربین، دانشمندان می‌توانند تصویری را تشکیل دهند. اما محدودیتی که وجود داشت این بود که این دوربین‌ها چند هزار پیکسلی بودند و پتانسیل آن‌ها محدود بود. به‌طور مثال جیمز وب که طی سال‌های اخیر دنیا را با تصاویر خاصش متحیر کرده و حتی در مواردی بنیان‌های نجوم را جابه‌جا کرده است دوربینی قدرتمند با توان ۳۲۰۰ مگاپیکسل دارد که می‌تواند یک توپ گلف بسیار کوچک را از فاصله ۲۴ کیلومتری به راحتی ببیند و رصد کند. هرچند در بحث تلسکوپ‌های فضایی نمی‌توان مثل دوربین‌های معمولی به ماجرا نگاه کرد. اما این اعداد به ما کمک می‌کنند بدانیم دوربین ۴۰۰ مگاپیکسلی چه اتفاق خاص و بی‌نظیری است.

دوربین ۴٠٠ هزار مگاپیکسلی برای کشف راز‌های کیهان

محققان در NIST، محدودیت دوربین‌های قبلی را رفع کردند و یک دوربین ۴۰۰ هزار پیکسلی ساختند. این مدل ۴۰۰ برابر خیره‌کننده‌تر از مدل‌های قبلی است.

تا به حال، افزودن پیکسل‌های بیشتر به دوربین‌های ابررسانا چالش بزرگی بوده است. این مانند تلاش برای اتصال هر خانه در یک شهر به منبع آب خودش است. هر پیکسل در دوربین برای کارکرد به اتصال خودش به سیستم خنک کننده نیاز دارد. با میلیون‌ها پیکسل، این تقریباً غیرممکن به نظر می‌رسید. اما با ترکیب هوشمندانه سیگنال‌های بسیاری از پیکسل‌ها بر روی چندین نانوسیم، تیم موفق به اجتناب از این مشکل شد. با الهام گرفتن از فناوری‌های موجود، آن‌ها یک سیستم را طراحی کردند که یک سیم توانایی خواندن داده‌ها را از یک ردیف یا ستون کامل از پیکسل‌ها دارد. این مانند بازی tic‌tac‌toe است، جایی که هر نقطه تلاقی یک پیکسل است. حسگر‌ها می‌توانند تفاوت‌های زمانی در ورودی سیگنال‌های به اندازه ۵۰ تریلیون‌مین ثانیه را تشخیص دهند. همچنین می‌توانند تا ۱۰۰ هزار فوتون در ثانیه را که به شبکه برخورد می‌کنند، بشمارند.

از پزشکی تا نجوم

به گزارش «گجت نیوز» با استفاده از روشی که گفته شد، تیم می‌تواند به سرعت تشخیص دهد کدام پیکسل توسط فوتون فعال شده است و تعداد سیم‌های مورد نیاز را کاهش دهد و راه را برای دوربین‌های فوتونی فوق‌رسانا بزرگ‌تر در آینده باز کند. هیچ محدودیت سختی برای این‌که چقدر می‌توانید این طراحی را مقیاس بندی کنید وجود ندارد؛ بنابراین پژوهشگران ادعا می‌کنند که دوربین فوتونی فوق رسانای تک پیکسل با ده‌ها یا صد‌ها میلیون پیکسل به زودی در دسترس خواهد بود. با چنین دوربین قدرتمندی، امکانات بسیاری در دسترس قرار خواهد گرفت. از کاربرد‌های آن می‌توان به عکس‌های شگفت‌انگیز از کهکشان‌ها و سیارات دور تا بهبود تصویربرداری پزشکی متنوع اشاره کرد. در سال آینده، تیم قصد دارد حساسیت آن را افزایش دهد و امیدوار است که تقریباً هر فوتون ورودی را ثبت کند.

منبع: خراسان