دید در مه و تاریکی با دوربین‌های مجهز به فناوری جدید

کد خبر: ۸۲۸۷۲۷

تاریخ: ۱۲ آذر ۱۴۰۴ - ۰۹:۵۶

به گزارش ایران اکونومیست؛ پژوهشگران یک «مبدل» الهام‌گرفته از مار ساخته‌اند که امکان تصویربرداری مادون‌قرمز با وضوح 4K را روی حسگرهای استاندارد CMOS و در دمای اتاق فراهم می‌کند.

این پیشرفت تازه، دید حرارتی مشابه توانایی مارها را به حسگرهای دوربین‌های روزمره می‌آورد و تصویربرداری مادون‌قرمز را به استفاده عمومی و کم‌هزینه نزدیک‌تر می‌کند.

مارها از اندام‌های ویژه‌ای به نام «اندام‌های حفره‌ای» (pit organs) برای تشخیص امضاهای حرارتی در تاریکی مطلق استفاده می‌کنند؛ یک توانایی زیستی خارق‌العاده که مهندسان مدت‌هاست در پی شبیه‌سازی آن هستند.

سامانه‌های تصویربرداری مادون‌قرمز امروزی می‌توانند کار مشابهی انجام دهند، اما تنها با مواد گران‌قیمت یا سخت‌افزارهای خنک‌کننده حجیم که قابلیت حمل را محدود می‌کنند.

حسگرهای سیلیکونی استاندارد  CMOS، ستون فقرات دوربین‌های تلفن‌های هوشمند و مصرفی هستند؛ ارزان و فراگیر.

اما آن‌ها قادر به دیدن نور مادون‌قرمز موج کوتاه (SWIR) یا موج میانی (MWIR)  نیستند. این شکاف بنیادی باعث شده تصویربرداری مادون‌قرمز با کارایی بالا برای بیشتر کاربردها دست‌نیافتنی بماند.

اکنون دانشمندان «موسسه فناوری پکن» یک سامانه مصنوعی «بینایی مار» ساخته‌اند که این شکاف را پر می‌کند.

آن‌ها یک مبدل مادون‌قرمز به مرئی را مستقیما روی تراشه استاندارد CMOS ادغام کردند و امکان تصویربرداری مادون‌قرمز 4K در دمای اتاق و بدون خنک‌کننده‌های پرهزینه را فراهم ساختند.

پژوهشگران می‌گویند: برای بخشیدن ادراک حرارتی شبیه مار به سامانه‌های مصنوعی، باید بر مشکلات نویز ذاتی در آشکارسازی مادون‌قرمز در دمای اتاق غلبه می‌کردیم.

برای حل این مشکل، محققان یک لایه‌ی چند ماده‌ای ساختند که مثل یک «دیوار هوشمند» عمل می‌کند؛ جلوی نویز و جریان‌های ناخواسته را می‌گیرد اما اجازه می‌دهد سیگنال‌های مفید عبور کنند. لایه‌های اضافی اکسید روی و یک پلیمر، سدّی ایجاد می‌کنند که نویز حرارتی یا جریان تاریک را مسدود می‌کند، در حالی که همچنان اجازه می‌دهد حامل‌های سیگنال به‌طور کارآمد حرکت کنند.

این کار باعث می‌شود حسگر نسبت به طول‌موج‌های SWIR و MWIR حساس بماند بدون نیاز به خنک‌سازی برودتی که تغییری بزرگ نسبت به آشکارسازهای مادون‌قرمز سنتی است.

آن‌ها همچنین یک ساختار نورافشان ایجاد کردند تا سیگنال‌های مادون‌قرمز را به فوتون‌های مرئی قابل خواندن توسط CMOS تبدیل کند.

با متعادل‌سازی حرکت الکترون‌ها و حفره‌ها درون دستگاه، محققان کارایی آن را به‌طور چشمگیری افزایش دادند و ورودی‌های ضعیف را به تصاویر روشن و واضح تبدیل کردند.

وضوح 4K به دست آمد

هنگامی که این سامانه روی یک ویفر استاندارد هشت اینچی CMOS ادغام شد، تصاویر مادون‌قرمز با وضوح 3840 × 2160 ثبت شد.  این فناوری مسیر کم‌هزینه و کارآمد برای تصویربرداری مادون‌قرمز ممکن می‌کند.

دید مادون‌قرمز 4K  کم‌هزینه می‌تواند سامانه‌های نسل بعدی رانندگی خودکار، ابزارهای بازرسی صنعتی، تشخیص‌های پزشکی، تجهیزات دید در شب و دستگاه‌های تصویربرداری مصرفی را توانمند کند.

با تقلید از نقشه زیستی اندام‌های حرارتی مار و ترکیب آن با فناوری ساخت نیمه‌رسانا، پژوهشگران راهی به سوی دید حرارتی واقعا در دسترس گشوده‌اند.