Snakesova ohromující „tepelná vize“ inspiruje vědce k vytvoření 4K zobrazovacího systému, který by se jednoho dne vešel do vašeho smartphonu
Vědci v Čína vyvinuli první svého druhu umělý zobrazovací systém inspirovaný hady, kteří jsou schopni „vidět“ teplo vycházející z jejich kořisti v naprosté tmě. Snímač zachycuje infračervené (IR) snímky s ultravysokým rozlišením v rozlišení 4K (3 840 × 2 160 pixelů), což odpovídá kvalitě obrazu fotoaparátu iPhone 17 Pro.
Jakýkoli objekt s teplotou nad absolutní nulou (-460 stupňů Fahrenheita nebo -273 stupňů Celsia) vyzařuje určité elektromagnetické záření. Pro normální tělesné teplo má toto vlnovou délku v rozsahu IR. Lidské oko dokáže zachytit pouze kratší vlnové délky, které jsou v oblasti viditelného světla.
Hadi také vidí viditelné světlo — ale některé druhy, jako např jámové zmije (Crotalinae), mají také speciální orgán pro snímání tepla hned vedle nosních dírek, který jim umožňuje vizualizovat infračervené záření delší vlnové délky.
Nazývá se „jámový“ orgán, protože obsahuje dutou komoru s tenkou membránou zavěšenou přes ni. Když IR vlny zahřívají specifické oblasti membrány, tepelný „obraz“ je odeslán do mozku prostřednictvím připojených nervů.
Vědci z Pekingského technologického institutu použili tento koncept k vytvoření vlastního IR detekčního systému. Na 8palcový disk naskládali vrstvy různých materiálů, kterými záření prochází, až se projeví jako vysoce kvalitní obraz viditelný lidským okem. Systém byl popsán ve studii publikované 20. srpna v časopise Nature Světlo: Věda a aplikace.
První vrstvou zobrazovacího systému je IR snímací vrstva, tvořená takzvanými „koloidními kvantovými tečkami“ – malými nanočásticemi vyrobenými z atomů rtuti a teluru, které uvolňují elektrické náboje, když absorbují IR záření. Náboje pak putují několika vrstvami snižujícími šum do vrstvy organické diody emitující světlo (LED), známé jako „převodník“.
Zde se elektrony setkávají s „dírami“ (absence elektronů) a uvolňují energii, kterou fosforeskující molekuly přeměňují na zelené, viditelné světlo. Nakonec se viditelné světlo setká s vrstvou „komplementárního kovového oxidového polovodiče“ (CMOS) a je převedeno na obraz.
IR vidění v budoucích chytrých telefonech a fotoaparátech
Jedná se o první systém, který dokáže přeměnit krátkovlnné a středovlnné IR (vlnové délky 1,1 až 5 mikrometrů) na obraz s ultra vysokým rozlišením při pokojové teplotě. Protože snímač CMOS je přímo na horní části konvertoru, slabší IR signály jsou zachyceny dříve, než je může přehlušit šum. V jiných systémech, kde jsou CMOS a upkonvertor odděleny, je vyžadováno nákladné kryogenní chlazení, aby se zabránilo hromadění šumu při přenosu signálů mezi nimi.
Schopnost vidět infračervené záření efektivně rozšiřuje rozsah vlnových délek viditelných pro lidi více než 14krát. Kamera vybavená technologií senzoru bude schopna detekovat teplé objekty v podmínkách se slabým osvětlením, jako je mlha, kouř nebo v noci.
„Rozšířené umělé vidění do infračerveného rozsahu by mohlo fungovat za každého počasí, ať už ve dne nebo v noci, bez ohledu na extrémní počasí, a mohlo by být užitečné v nových oblastech, jako je průmyslová kontrola, bezpečnost potravin, snímání plynu, zemědělská věda a autonomní řízení,“ napsali vědci ve studii.
Dodali, že pomocí jejich systému „by bylo možné dosáhnout desítek milionů pixelů za extrémně nízkou cenu“, díky čemuž je tato technologie v budoucnu snadnější pro spotřebitelské fotoaparáty a smartphony.
Tato zařízení již skutečně používají standardní křemíkové CMOS snímače, na které lze vrstvy připevnit.
