یک نوآوری چینی با الهام از مار‌ها می‌تواند دوربین‌های تلفن را متحول کند

به گزارش مجله خبری نگار، این سیستم جدید به حسگر‌های مادون قرمز متکی است که قادر به تولید تصاویر با وضوح فوق‌العاده بالا تا سطح ۴K هستند و آن را به گزینه‌ای قوی برای استفاده در دوربین‌ها و تلفن‌های هوشمند در آینده تبدیل می‌کنند.

این نوآوری بر یک واقعیت فیزیکی اساسی متکی است: هر جسمی که دمایی بالاتر از صفر مطلق (پایین‌ترین دمای قابل دستیابی در طبیعت،۲۷۳.۱۵ درجه سانتیگراد) داشته باشد، تابش الکترومغناطیسی ساطع می‌کند که بیشتر آن، در دما‌های معمولی، در محدوده مادون قرمز قرار می‌گیرد. در حالی که چشم انسان فقط می‌تواند نور مرئی را درک کند، برخی از موجودات زنده روش‌های مختلفی را برای تشخیص این طول موج‌های نامرئی توسعه داده‌اند.

در میان این موجودات، افعی‌های گودال (Crotalinae) با توانایی خود در حس گرما از طریق اندام خاصی به نام "اندام گودال" که در نزدیکی سوراخ‌های بینی قرار دارد، متمایز می‌شوند. این اندام شامل یک حفره توخالی است که توسط یک غشای نازک پوشیده شده است، که تحت تأثیر اشعه مادون قرمز قرار می‌گیرد و یک تصویر حرارتی دقیق را به مغز مار منتقل می‌کند که به او امکان می‌دهد طعمه خود را حتی در تاریکی تشخیص دهد.

دانشمندان موسسه فناوری پکن با الهام از این سیستم طبیعی، دستگاهی مصنوعی ساختند که قادر به تشخیص تابش مادون قرمز و تبدیل مستقیم آن به تصاویر مرئی با کیفیت بالا است. این سیستم شامل چندین لایه از مواد مختلف است که روی یک دیسک به قطر ۸ اینچ چیده شده‌اند و با همکاری یکدیگر تابش حرارتی را به تصویری قابل مشاهده برای چشم انسان تبدیل می‌کنند.

این فرآیند با یک لایه حسگر مبتنی بر «نقاط کوانتومی کلوئیدی» آغاز می‌شود، که نانوذراتی ساخته شده از اتم‌های جیوه و تلوریم هستند که هنگام جذب نور مادون قرمز، بار‌های الکتریکی تولید می‌کنند. سپس این بار‌ها از طریق لایه‌هایی که برای کاهش تداخل طراحی شده‌اند، به یک لایه دیود ساطع‌کننده نور آلی که به عنوان «مبدل فرکانس» شناخته می‌شود، منتقل می‌شوند.

در این لایه، انرژی حاصل از برخورد الکترون‌ها با «حفره‌ها» به لطف مولکول‌های فسفر به نور سبز مرئی تبدیل می‌شود، پیش از آنکه این نور به حسگر مکمل فلز-نیمه‌رسانای اکسید شده (CMOS) برسد، جایی که به یک تصویر دیجیتال با وضوح بالا تبدیل می‌شود.

این سیستم اولین سیستم از نوع خود است که قادر به تبدیل تابش مادون قرمز با موج کوتاه و متوسط، با طول موج‌های ۱.۱ تا ۵ میکرومتر، به تصاویر با وضوح فوق‌العاده بالا در دمای اتاق و بدون نیاز به سیستم‌های خنک‌کننده گران‌قیمت است.

طراحی جمع و جور، که حسگر CMOS را مستقیماً بالای مبدل فرکانس قرار می‌دهد، امکان ضبط سیگنال‌های ضعیف را قبل از اینکه توسط نویز غرق شوند، فراهم می‌کند.

این فناوری دامنه دید انسان را بیش از ۱۴ برابر افزایش می‌دهد و امکان تشخیص اشیاء گرم را در شرایط چالش‌برانگیز مانند تاریکی، مه و دود فراهم می‌کند. دانشمندان معتقدند که این قابلیت‌ها، دریچه‌ای به سوی طیف گسترده‌ای از کاربردها، از جمله بازرسی صنعتی، ایمنی مواد غذایی، حسگر گاز، کشاورزی هوشمند و رانندگی خودکار، می‌گشاید.

منبع: لایو ساینس