Ένα βήμα πιο κοντά σε X-ray όραση σαν του Superman μέσω του smartphone!

Στις υπερδυνάμεις του Superman συμπεριλαμβάνεται και η όραση ακτίνων Χ, η οποία του επιτρέπει να βλέπει μέσα από στερεά αντικείμενα. Έχοντας ως έμπνευση τον υπερήρωα, ερευνητές από το Πανεπιστήμιο του Τέξας στο Ντάλας (UTD) και το Εθνικό Πανεπιστήμιο της Σεούλ (SNU) έχουν καταστήσει εφικτή την ικανότητα να βλέπουμε μέσα σε συσκευασίες και μέσα από τοίχους, χρησιμοποιώντας ένα τσιπ απεικόνισης αρκετά μικρό ώστε να χωράει σε ένα smartphone!

“Αυτή η τεχνολογία είναι σαν την όραση ακτίνων Χ του Superman“, δήλωσε ο Kenneth O, καθηγητής ηλεκτρολόγων μηχανικών στο UTD, διευθυντής του Texas Analog Center of Excellence (TxACE) και ένας από τους συν-συγγραφείς της μελέτης. “Φυσικά, χρησιμοποιούμε σήματα στα 200 gigahertz έως 400 gigahertz αντί για ακτίνες Χ, οι οποίες μπορεί να είναι επιβλαβείς“.

Η τεχνολογία του μικροτσίπ απεικόνισης παρουσιάστηκε για πρώτη φορά το 2022, αποτελώντας το αποκορύφωμα της εργασίας περισσότερων από 15 ετών από τον O και την ομάδα φοιτητών, ερευνητών και συνεργατών του. Το τσιπ εκπέμπει ακτινοβολία στην περιοχή terahertz (THz) – δηλαδή ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία στην περιοχή συχνοτήτων μεταξύ 0,1 THz (100 GHz) και 10 THz, με αντίστοιχα μήκη κύματος από 3 mm έως 0,03 mm. Τα κύματα αυτά, αόρατα στο ανθρώπινο μάτι και θεωρούμενα ασφαλή, είναι υψηλότερης συχνότητας από τα ραδιοκύματα και τα μικροκύματα, αλλά χαμηλότερης από εκείνα του υπέρυθρου φωτός.

Με το μοντέλο του 2022, ο O απέδειξε ότι οι ακτίνες των 430 GHz που παράγονται από το μικροτσίπ ταξιδεύουν μέσα από την ομίχλη, τη σκόνη και άλλα εμπόδια που το φως στο οπτικό φάσμα δεν μπορεί να διαπεράσει. Αναπηδούσαν σε αντικείμενα και αντανακλούνταν πίσω στο μικροτσίπ, όπου τα εικονοστοιχεία (pixels) έπαιρναν το σήμα για να δημιουργήσουν μια εικόνα. Ο απεικονιστής δεν βασιζόταν σε εξωτερικούς φακούς, οι οποίοι κανονικά θα χρησιμοποιούνταν για τη βελτίωση της καθαρότητας και της ευκρίνειας της εικόνας. Αντ’ αυτού, κατασκευάστηκε χρησιμοποιώντας την τεχνολογία συμπληρωματικού ημιαγωγού οξειδίου μετάλλου (CMOS) που χρησιμοποιείται για την κατασκευή σύγχρονων επεξεργαστών καταναλωτικών υπολογιστών, τσιπ μνήμης και άλλων ψηφιακών συσκευών.

Το CMOS έχει αναδειχθεί ως ένας προσιτός τρόπος παραγωγής και ανίχνευσης σημάτων THz, ιδίως σε συχνότητες γύρω στα 200 GHz και υψηλότερες, που παρέχουν σημαντικά καλύτερη ανάλυση. Έτσι, οι ερευνητές ξεκίνησαν να βελτιώνουν την ποιότητα της εικόνας του μοντέλου τους του 2022 και να κάνουν την τεχνολογία αρκετά μικρή ώστε να χωράει σε μια φορητή συσκευή. Το νέο τσιπ απεικόνισης χρησιμοποίησε μια συστοιχία 1 x 3 pixels CMOS 296 GHz και πάλι χωρίς φακούς.

“Σχεδιάσαμε το τσιπ χωρίς φακούς ή άλλα οπτικά μέρη έτσι ώστε να μπορεί να χωρέσει σε μια φορητή συσκευή“, δήλωσε ο Wooyeol Choi, επίκουρος καθηγητής στο Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών του SNU και αντίστοιχος συγγραφέας της δημοσίευσης. “Τα pixels, τα οποία δημιουργούν εικόνες ανιχνεύοντας σήματα που αντανακλώνται από ένα αντικείμενο-στόχο, έχουν το σχήμα ενός τετραγώνου 0,5 χιλιοστού, δηλαδή περίπου το μέγεθος ενός κόκκου άμμου“.

Η τεχνολογία δοκιμάστηκε και μπόρεσε να απεικονίσει διάφορα αντικείμενα, όπως ένα USB dongle, μια λεπίδα, ένα ολοκληρωμένο κύκλωμα και μια πλαστική ροδέλα, που ήταν καλυμμένα με χαρτόνι από απόσταση περίπου ενός εκατοστού. Οι ερευνητές έβαλαν σκόπιμα τον απεικονιστή να σαρώσει σε τόσο κοντινή απόσταση από τα αντικείμενα για λόγους ασφαλείας και προστασίας της ιδιωτικής ζωής. Στις επόμενες δοκιμές τους θα προσπαθήσουν να κάνουν το ίδιο από απόσταση περίπου 13cm.

“Χρειάστηκαν 15 χρόνια έρευνας που βελτίωσαν την απόδοση των pixels κατά 100 εκατομμύρια φορές, σε συνδυασμό με τεχνικές ψηφιακής επεξεργασίας σήματος, για να καταστεί δυνατή αυτή η επίδειξη απεικόνισης“, δήλωσε ο Brian Ginsburg, διευθυντής έρευνας ραδιοσυχνοτήτων/μιλιμετρικών κυμάτων και υψηλών ταχυτήτων στα εργαστήρια Kilby της Texas Instruments (TI). “Αυτή η ανατρεπτική τεχνολογία δείχνει τη δυνητική ικανότητα της πραγματικής απεικόνισης στο φάσμα των THz“.

Οι ερευνητές οραματίζονται ότι το μικροτσίπ απεικόνισης που θα ενσωματώνεται σε smartphone θα μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τα πάντα, από τον εντοπισμό καρφωμάτων και ξύλινων δοκών πίσω από τοίχους μέχρι τον εντοπισμό ρωγμών σε σωλήνες και το περιεχόμενο φακέλων και πακέτων. Θεωρούν επίσης ότι μπορεί να έχει ιατρικές εφαρμογές. 

Το ενδεχόμενο να υλοποιηθεί μια τέτοια τεχνολογία που θα βλέπει μέσα από συσκευασίες με την ευκολία χρήσης ενός smartphone είναι δεδομένο ότι θα εγείρει τεράστια ζητήματα που αφορούν την ασφάλεια και την ιδιωτικότητα, επομένως, ακόμα και αν καταφέρουν να την τελειοποιήσουν δεν θα είναι και τόσο εύκολο να την μετατρέψουν σε πραγματικό εμπορικά διαθέσιμο προϊόν.

[via]