Forradalmi megoldás: optika helyett MI
A Kaliforniai Egyetem davisi kampuszának (UC Davis) kutatócsapata egy mindössze homokszem méretű, szilíciumalapú spektrométerchipet dolgozott ki. Ez a chip elhagyja a megszokott optikai bontás elvét, helyette 16 eltérő érzékenységű szilíciumdetektort alkalmaz. Nem külön-külön választják el a színeket, hanem egyedi kódolású mintákat rögzítenek, amelyekből az MI visszafejti a teljes spektrumot.
A 16 speciális detektor úgy működik, mint egy csapat szakértő, akik mind más-más részletét érzékelik ugyanannak az összetett jelenségnek. Az MI egy tanuló neurális hálózatot futtat, amely több ezer példán keresztül sajátítja el az érzékelt jelek és a valódi spektrumok közötti összefüggéseket. Így az eszköz mintegy 8 nm felbontású, precíz spektrumokat képes előállítani, nagy optikai rendszerek nélkül.
Láthatóból az infravörösbe: bővülő lehetőségek
Az áttörést az hozta, hogy a szokásos szilíciumdetektorokat olyan felszíni mintázattal látták el, amely csapdába ejti a fotonokat. Így a rendszer már a látható fény mellett az infravörös tartományban (akár 1100 nm-ig) is képes detektálni – ez kifejezetten hasznos például az orvosi képalkotásban, ahol mélyebbre kell hatolni a szövetekben.
A mérnökök által kialakított felszíni domborzat szórja a bejutó fényt, jelentősen megnövelve a fényelnyelés esélyét a vékony szilíciumrétegen belül. Így a chip spektrális érzékenysége jóval nagyobb, mint a hagyományos szenzoroké.
Villámgyors fotonmérés és új távlatok
A chip nemcsak a színek szétválasztására képes: nagysebességű érzékelői a fotonok élettartamát is képesek mérni, másodperctöredéknyi pontossággal. Ilyen sebességgel eddig kizárólag drága, nagyméretű berendezések tudtak dolgozni, ám most mindez elfér egy 0,4 négyzetmilliméteres chipen is.
A találmány stabil, alacsony zajú méréseket biztosít, még zavaros környezetben is. Ezután nyílhat út a hordozható egészségügyi diagnosztika, az okos viselhető kiegészítők, a korszerű környezetvédelmi érzékelők és az élelmiszer-minőségellenőrző eszközök előtt – mindezt egyetlen, homokszemnyi MI-alapú spektrométerbe zsúfolva.
