წლების განმავლობაში ნივთიერებების ქიმიური შემადგენლობის ანალიზი მოითხოვდა დიდ, მოცულობით და ძვირადღირებულ ლაბორატორიულ სპექტრომეტრებს. ეს სისტემები გამოიყენება ყველაფერში — დაავადებათა დიაგნოსტიკიდან დაწყებული, გარემოს დაბინძურების მონიტორინგით დასრულებული. თუმცა, მათი ტრადიციული მუშაობის პრინციპი, რომელიც სინათლის პრიზმების მეშვეობით დაშლას გულისხმობს, მინიატურიზაციას ართულებდა.

ხელოვნური ინტელექტი ოპტიკის ნაცვლად

კალიფორნიის უნივერსიტეტის (UC Davis) მკვლევრებმა „Advanced Photonics“-ში გამოქვეყნებულ ნაშრომში წარმოადგინეს რადიკალურად განსხვავებული მიდგომა. მათ შექმნეს სპექტრომეტრი-ჩიპზე, რომელიც ზომით ქვიშის მარცვალს უახლოვდება.

ახალი სისტემა არ საჭიროებს სინათლის ფიზიკურ დაშლას. მის ნაცვლად, ჩიპი იყენებს 16 სპეციალურად დაპროექტებულ სილიციუმის დეტექტორს, რომლებიც იჭერენ დაშიფრულ სიგნალებს. ამის შემდეგ, ხელოვნური ინტელექტის ნეირონული ქსელი, რომელიც ათასობით მონაცემზეა გაწვრთნილი, ახდენს თავდაპირველი სინათლის სპექტრის რეკონსტრუქციას.

ინფრაწითელი დიაპაზონის ათვისება

ერთ-ერთი მთავარი ტექნოლოგიური გარღვევა სილიციუმის ზედაპირის მოდიფიკაციაა. მეცნიერებმა გამოიყენეს სპეციალური ტექსტურები, რომლებიც სინათლეს იჭერს (PTSTs). ეს საშუალებას აძლევს ჩიპს, აღიქვას ახლო ინფრაწითელი (NIR) სხივები, რაც სასიცოცხლოდ მნიშვნელოვანია ბიოსამედიცინო გამოსახულებებისა და ქსოვილების კვლევისთვის.

ჩიპის ზედაპირი სინათლეს მრავალჯერ ბნევს, რაც ზრდის სილიციუმის მიერ მისი შთანთქმის ალბათობას. შედეგად, მოწყობილობა მგრძნობიარეა გაცილებით ფართო სპექტრზე, ვიდრე სტანდარტული სენსორები.

ულტრასწრაფი ურთიერთქმედებები

ახალი არქიტექტურა მხოლოდ ფერების დეტექციით არ შემოიფარგლება. ჩიპში ინტეგრირებულია მაღალსიჩქარიანი სენსორები, რომლებსაც ფოტონის სიცოცხლის ხანგრძლივობის გაზომვა უმაღლესი სიზუსტით შეუძლიათ. ეს საშუალებას იძლევა, დაფიქსირდეს სინათლისა და მატერიის ისეთი ულტრასწრაფი ურთიერთქმედებები, რომლებსაც ტრადიციული ხელსაწყოები ვერ ამჩნევენ.

მთლიანი სისტემა სულ რაღაც 0.4 კვადრატულ მილიმეტრს იკავებს. ის მდგრადია ელექტრული ხმაურის მიმართ, რაც მას პორტატული და დაბალბიუჯეტიანი ელექტრონიკისთვის იდეალურს ხდის. მკვლევართა თქმით, ეს ტექნოლოგია საფუძველს უყრის რეალურ დროში მომუშავე ჰიპერსპექტრულ სენსორებს, რომელთა გამოყენება შესაძლებელი იქნება როგორც სამედიცინო დიაგნოსტიკაში, ისე კვების პროდუქტების ხარისხის კონტროლსა და გარემოსდაცვით მონიტორინგში.