Μια καινοτομία από το MIT υπόσχεται να αλλάξει ριζικά την τεχνολογία νυχτερινής όρασης (night vision), καθιστώντας τη πιο ελαφριά, οικονομική και πρακτική από ποτέ. Ερευνητές του MIT, σε συνεργασία με το Πανεπιστήμιο του Ουισκόνσιν-Μάντισον, ανέπτυξαν έναν υπέρλεπτο αισθητήρα υπερύθρων, ευαίσθητο στη θερμότητα του περιβάλλοντος, που μπορεί να ενσωματωθεί ακόμη και σε απλά γυαλιά.
Η συσκευή αυτή, με πάχος μόλις 10 νανομέτρων (περίπου 1.000 φορές λεπτότερη από μια ανθρώπινη τρίχα) μπορεί να ανιχνεύσει θερμότητα σε ολόκληρο το υπέρυθρο φάσμα, υπερβαίνοντας την απόδοση των σημερινών αισθητήρων που βασίζονται στην τεχνολογία ψύξης κρυογόνων, οι οποίοι είναι ογκώδεις και δαπανηροί.
Αισθητήρας χωρίς ψύξη, με κορυφαία ευαισθησία
Η ομάδα του καθηγητή Jeehwan Kim και του υποψήφιου διδάκτορα Xinyuan Zhang χρησιμοποίησε την κεραμική ένωση PMN-PT, η οποία εμφανίζει πυροηλεκτρικές ιδιότητες, δηλαδή παράγει ηλεκτρικό σήμα ως απόκριση σε αλλαγές θερμοκρασίας.
Το εντυπωσιακό στοιχείο είναι πως όσο λεπτότερο είναι το υλικό, τόσο αυξάνεται η ευαισθησία του. Η μειωμένη θερμική χωρητικότητα επιτρέπει στον αισθητήρα να αντιλαμβάνεται μικροσκοπικές μεταβολές θερμοκρασίας, ακόμα και διακυμάνσεις της τάξης των λίγων millikelvins.
Στη δοκιμαστική διάταξη των ερευνητών, κάθε αισθητήριο «pixel» είχε μέγεθος 60 μικρόμετρα και το σύνολο των 100 pixels κάλυπτε όλο το μεσαίο και μακρινό υπέρυθρο φάσμα (από 3 έως και 14 μικρόμετρα). Το επίτευγμα είναι αντίστοιχο με τις επιδόσεις ακριβών αισθητήρων από τελλουρίδιο υδραργύρου-καδμίου, οι οποίοι απαιτούν κρυογενική ψύξη στους -196°C για να αποδώσουν σωστά.
Καινοτόμα τεχνική κατασκευής: Χωρίς γραφένιο, χωρίς απώλειες
Η κατασκευή του αισθητήρα βασίστηκε σε μια διαδικασία που ονομάζεται επιταξία (epitaxy), δηλαδή η ανάπτυξη κρυστάλλων ατόμου προς άτομο πάνω σε μονοκρυσταλλική επιφάνεια. Αντίθετα με την κλασική τεχνική remote epitaxy, που χρησιμοποιεί γραφένιο για την αποκόλληση της τελικής μεμβράνης, στην περίπτωση του PMN-PT η μεμβράνη αποκολλήθηκε αυτόματα.
Ο λόγος; Τα άτομα μολύβδου στην επιφάνεια του υποστρώματος λειτούργησαν σαν νανομετρική στρώση τεφλόν, εμποδίζοντας τη χημική συγκόλληση μεταξύ του φιλμ και του υποστρώματος. Το αποτέλεσμα ήταν η παραγωγή υψηλής ποιότητας μεμβρανών, αφήνοντας το ακριβό υπόστρωμα σαπφείρου ανέπαφο και επαναχρησιμοποιήσιμο.
Από τις στρατιωτικές επιχειρήσεις ως τα έξυπνα αυτοκίνητα
Η σημασία αυτής της ανακάλυψης είναι τεράστια για το μέλλον της τεχνολογίας νυχτερινής όρασης. Οι σημερινές συσκευές, όπως στρατιωτικά γυαλιά ή θερμικές κάμερες, είναι βαριές, κοστίζουν δεκάδες χιλιάδες ευρώ και απαιτούν μεγάλες ποσότητες ενέργειας για ψύξη. Ο νέος αισθητήρας θα μπορούσε να ενσωματωθεί κατευθείαν σε κυρτούς φακούς γυαλιών, καθιστώντας δυνατή την κατασκευή ελαφρών, οικονομικών και εύχρηστων προϊόντων.
Η ομάδα του MIT ήδη εργάζεται πάνω σε πρωτότυπα 1.024 pixels με ενσωμάτωση σε κυκλώματα CMOS, με σκοπό να προχωρήσουν σύντομα σε δοκιμές πεδίου σε διαφορετικές συνθήκες θερμοκρασίας, υγρασίας και κραδασμών.
Εφαρμογές σε αυτοκίνητα, τηλεσκόπια και ιατρικές διαγνώσεις
Η τεχνολογία δεν περιορίζεται όμως στη νυχτερινή όραση. Χάρη στη φασματική ευαισθησία σε ολόκληρο το υπέρυθρο, η ίδια μεμβράνη μπορεί να βρει εφαρμογή σε:
- Αυτόνομα οχήματα: Ανίχνευση πεζών, θερμική απεικόνιση δρόμου, αναγνώριση πάγου.
- Διαστημική έρευνα: Χρήση σε τηλεσκόπια χωρίς ανάγκη για βαριές ψυκτικές μονάδες υγρού ηλίου.
- Ιατρικές εφαρμογές: Ενσωμάτωση σε φακούς επαφής για παρακολούθηση της θερμοκρασίας του δακρυϊκού φιλμ, χρήσιμο για πρώιμη διάγνωση οφθαλμικών παθήσεων.
- Ηλεκτρονικά κυκλώματα: Επικάλυψη επεξεργαστών για ανίχνευση θερμών σημείων που ενδέχεται να οδηγήσουν σε αστοχίες.
Το μέλλον της θερμικής απεικόνισης είναι υπέρλεπτο
Το νέο υλικό του MIT φέρνει τη θερμική όραση πιο κοντά στην καθημερινότητα, όχι ως προνόμιο στρατιωτικών ή ερευνητικών προγραμμάτων, αλλά ως στοιχείο καταναλωτικών και ιατρικών συσκευών. Με το βάρος, το κόστος και την ανάγκη για ψύξη μειωμένα στο ελάχιστο, η μεμβράνη των 10 νανομέτρων ανοίγει τον δρόμο για έναν κόσμο όπου… θα βλέπουμε στο σκοτάδι, φορώντας απλά τα γυαλιά μας.
[via]
VIA: TechGear.gr
