آزمایشگاهی روی یک تراشه؛ طیف‌سنج نیرومند و بسیار کوچک ساخته شد

محققان حوزه طیف‌سنجی نوری (اپتیکال) ابزار بهتری برای سنجش نور ساخته اند و این پیشرفت می‌تواند هر چیزی از دوربین گوشی‌های هوشمند گرفته تا نظارت‌های محیط زیستی را بهبود بخشد.

کد خبر: ۵۵۳۴۳۰

تاریخ: ۱۹ آذر ۱۴۰۱ - ۰۸:۳۱

به گزارش گروه علم و آموزش ایران اکونومیست از «سای تک دیلی»، این ابزار جدید همچنین راه را برای استفاده گسترده از طیف‌سنج‌های قابل حمل هموار می‌سازد. این تحقیق تحت هدایت دانشگاه «آلتو» (Aalto) فنلاند، یک طیف‌سنج قدرتمند و فوق‌العاده کوچک ابداع کرده که بر روی یک ریزتراشه (میکروچیپ) قرار می‌گیرد و توسط هوش مصنوعی بهره‌برداری می‌شود. تحقیقات آنها به تازگی در مجله «ساینس» منتشر شده است.

در این مطالعه تحقیقی از کلاس نسبتاً جدیدی از مواد فوق نازک به نام «نیمه رساناهای دوبعدی» استفاده شد و نتیجه این کار اثبات مفهوم برای یک طیف سنج است که می تواند به راحتی در تعدادی از فناوری ها مانند پلتفرم های بازرسی کیفیت، حسگرهای امنیتی، آنالیزورهای زیست پزشکی (بیومدیکال) و تلسکوپ های فضایی ادغام شود.

«اتان مینوت» استاد فیزیک دانشکده علوم دانشگاه ایالتی «اورگان» که روی این مطالعه کار کرده است، می‌گوید: ما راهی برای ساخت طیف‌سنج‌هایی نشان داده‌ایم که بسیار مینیاتوری‌تر از انواع مورد استفاده امروزی هستند. طیف‌سنج‌ها قدرت نور را در طول موج‌های مختلف اندازه‌گیری می‌کنند و در بسیاری از صنایع و همه حوزه‌های علمی برای شناسایی نمونه‌ها و مشخص کردن ویژگی‌های مواد بسیار مفید هستند.

مینوت ادعا کرد که این طیف‌سنج جدید می‌تواند روی انتهای موی انسان جاسازی (فیت) شود، برخلاف طیف‌سنج‌های معمولی و متعارف فعلی که به اجزای نوری و مکانیکی بزرگ نیاز دارند. بر اساس مطالعه جدید، چنین اجزایی را می توان با مواد نیمه رسانای جدید و هوش مصنوعی جایگزین کرد که این کار امکان می‌دهد که طیف‌سنج‌ها تا حد زیادی از کوچکترین طیف‌سنج های موجود که در حال حاضر به اندازه یک انگور هستند هم کوچکتر بشوند.

«هون هان یون» از دست‌اندرکاران این کار تحقیقی می‌گوید: طیف‌سنج ما نیازی به مونتاژ (سر هم کردن یا اسمبل کردن) اجزای نوری و مکانیکی جداگانه یا طرح‌های آرایه‌ای برای پراکندگی و فیلتر کردن نور ندارد. این طیف سنج جدید علاوه بر این می‌تواند به وضوح (رزولوشن) بالای قابل مقایسه سیستم‌های رومیزی (benchtop) اما در پکیج بسیار کوچک‌تر دست یابد.

به گفته محققان، این دستگاه از لحاظ رنگ‌های نوری که جذب می‌کند ۱۰۰ درصد از نظر الکتریکی قابل کنترل است که به آن پتانسیل زیادی برای مقیاس‌پذیری و قابلیت استفاده گسترده می‌دهد.

یون می گوید: ادغام (وارد کردن) مستقیم این طیف‌سنج جدید در دستگاه‌های قابل حمل مانند گوشی‌های هوشمند و هواپیماهای بدون سرنشین (پهپاد) می‌تواند زندگی روزمره ما را ارتقا دهد. تصور کنید که نسل بعدی دوربین‌های گوشی‌های هوشمند ما می‌تواند دوربین‌های فراطیفی (hyperspectral) باشد. این دوربین های فراطیفی می توانند اطلاعات را نه تنها از طول موج های مرئی گرفته و تجزیه و تحلیل کنند، بلکه امکان تصویربرداری و تجزیه و تحلیل مادون قرمز را نیز فراهم می کنند.

از جمله کاربردهای دیگر این وسیله جدید برای مثال در پزشکی، این طیف‌سنج‌ها در حال حاضر برای شناسایی تغییرات ظریف در بافت انسان مانند تفاوت بین تومورها و بافت سالم آزمایش می‌شوند. به گفته مینوت، برای نظارت بر محیط زیست، طیف‌سنج ها می توانند دقیقاً نوع آلودگی هوا، آب یا زمین و میزان آن را تشخیص دهند.