Νέα προηγμένη τεχνολογία απεικόνισης με βάση τον μοναδικό στη φύση υπερευαίσθητο μηχανισμό όρασης των φιδιών.
Επιστήμονες στην Κίνα ανέπτυξαν ένα πρωτοποριακό σύστημα τεχνητής απεικόνισης εμπνευσμένο από τα φίδια τα οποία μπορούν να «βλέπουν» τη θερμότητα που εκπέμπει το θήραμά τους στο απόλυτο σκοτάδι. Ο αισθητήρας καταγράφει υπερυψηλής ανάλυσης υπέρυθρες εικόνες σε ανάλυση 4K και μπορεί να αποτελέσει τη βάση για εξαιρετικά χαμηλού κόστους μέγιστης ποιότητας κάμερες είτε για φωτογραφικές μηχανές είτε για smartphones.
Κάθε αντικείμενο με θερμοκρασία πάνω από το απόλυτο μηδέν (-273 βαθμούς Κελσίου) εκπέμπει κάποια ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία. Στην περίπτωση της φυσιολογικής θερμότητας του σώματος, αυτή έχει μήκος κύματος στην υπέρυθρη περιοχή. Το ανθρώπινο μάτι μπορεί να αντιληφθεί μόνο μικρότερα μήκη κύματος, που ανήκουν στο φάσμα του ορατού φωτός.
Τα φίδια μπορούν επίσης να βλέπουν το ορατό φως, όμως ορισμένα είδη, όπως οι οχιές του γένους Crotalinae, διαθέτουν ένα ειδικό όργανο ανίχνευσης θερμότητας δίπλα στα ρουθούνια τους το οποίο οι ειδικοί ονομάζουν «λάκκο» που τους επιτρέπει να οπτικοποιούν υπέρυθρη ακτινοβολία μεγαλύτερου μήκους κύματος. Το όργανο αυτό αποτελείται από μια κοίλη κοιλότητα με μια λεπτή μεμβράνη τεντωμένη στο εσωτερικό της. Όταν τα υπέρυθρα κύματα θερμαίνουν συγκεκριμένα σημεία της μεμβράνης μια θερμική εικόνα μεταφέρεται στον εγκέφαλο μέσω των συνδεδεμένων νεύρων.
Επιστήμονες από το Ινστιτούτο Τεχνολογίας του Πεκίνου χρησιμοποίησαν αυτή την ιδέα για να δημιουργήσουν το δικό τους σύστημα ανίχνευσης υπέρυθρης ακτινοβολίας. Στοίβαξαν στρώματα διαφορετικών υλικών πάνω σε έναν δίσκο 8 ιντσών, μέσα από τα οποία περνά η ακτινοβολία μέχρι να μετατραπεί σε εικόνα υψηλής ποιότητας, ορατή στο ανθρώπινο μάτι. Το σύστημα περιγράφεται σε μελέτη που δημοσιεύτηκε στην επιθεώρηση «Light: Science & Applications».
Το πρώτο στρώμα του συστήματος απεικόνισης είναι ένα στρώμα ανίχνευσης υπέρυθρης ακτινοβολίας, αποτελούμενο από λεγόμενες «κολλοειδείς κβαντικές τελείες». Πρόκειται για εξαιρετικά μικρά νανοσωματίδια από άτομα υδραργύρου και τελλουρίου, τα οποία απελευθερώνουν ηλεκτρικά φορτία όταν απορροφούν υπέρυθρη ακτινοβολία. Τα φορτία αυτά στη συνέχεια διέρχονται από αρκετά στρώματα μείωσης θορύβου και καταλήγουν σε ένα στρώμα οργανικής φωτοδιόδου εκπομπής φωτός, γνωστό ως «μετατροπέας ανόδου».
Εκεί, τα ηλεκτρόνια συναντούν «οπές» (απουσίες ηλεκτρονίων) και απελευθερώνουν ενέργεια, την οποία φωσφορίζοντα μόρια μετατρέπουν σε πράσινο, ορατό φως. Τέλος, το ορατό φως φτάνει στο στρώμα CMOS και μετατρέπεται σε εικόνα.
Η κάμερα
Πρόκειται για το πρώτο σύστημα που μπορεί να μετατρέψει υπέρυθρη ακτινοβολία μικρού και μεσαίου μήκους κύματος (1,1 έως 5 μικρόμετρα) σε εικόνα υπερυψηλής ανάλυσης σε θερμοκρασία δωματίου. Επειδή ο αισθητήρας CMOS βρίσκεται απευθείας πάνω από τον μετατροπέα, τα ασθενέστερα υπέρυθρα σήματα καταγράφονται πριν τα «πνίξει» ο θόρυβος. Σε άλλα συστήματα, όπου ο αισθητήρας CMOS και ο μετατροπέας είναι διαχωρισμένοι, απαιτείται ακριβή κρυογενική ψύξη για να αποτραπεί η συσσώρευση θορύβου καθώς τα σήματα μεταφέρονται μεταξύ τους.
Η δυνατότητα ανίχνευσης υπέρυθρης ακτινοβολίας επεκτείνει αποτελεσματικά το φάσμα των μηκών κύματος που μπορούν να «δουν» οι άνθρωποι κατά περισσότερες από 14 φορές. Μια κάμερα εξοπλισμένη με αυτή την τεχνολογία θα μπορεί να εντοπίζει θερμά αντικείμενα σε συνθήκες χαμηλού φωτισμού, όπως μέσα σε ομίχλη, καπνό ή τη νύχτα.
«Η διεύρυνση της τεχνητής όρασης στο υπέρυθρο φάσμα θα μπορούσε να λειτουργεί σε όλες τις καιρικές συνθήκες, μέρα και νύχτα, ανεξάρτητα από ακραία καιρικά φαινόμενα, και να βρει εφαρμογές σε νέους τομείς όπως η βιομηχανική επιθεώρηση, η ασφάλεια τροφίμων, η ανίχνευση αερίων, η αγροτική επιστήμη και η αυτόνομη οδήγηση», έγραψαν οι ερευνητές στη μελέτη.
Πρόσθεσαν ότι δεκάδες εκατομμύρια εικονοστοιχεία με τη χρήση του συστήματός τους θα μπορούσαν να επιτευχθούν με εξαιρετικά χαμηλό κόστος, καθιστώντας την τεχνολογία πιο εφικτή για καταναλωτικές κάμερες και smartphones στο μέλλον. Άλλωστε, οι συσκευές αυτές χρησιμοποιούν ήδη τυπικούς αισθητήρες CMOS από πυρίτιο, πάνω στους οποίους θα μπορούσαν να προσαρμοστούν τα επιπλέον στρώματα.
