به نقل از interestingengineering، این تراشه نوری کوچک اما قدرتمند قادر است نور ستارگان را با نرخ 88 فریم در ثانیه و وضوحی 100 برابر بیشتر از دستگاه های معمولی ثبت کند.

تصور کنید دستگاهی به کوچکی یک ناخن که بتواند جهان و ستارگان را با دقت رنگی بسیار بالا ببیند؛ دقتی که دوربین ها و طیف سنج های سنتی را پشت سر می گذارد. این دقیقاً همان چیزی است که تیمی از پژوهشگران دانشگاه تسینگ هوا در چین ساخته اند.

این تراشه نوری کوچک که یوهنگ (Yuheng) یا رافائل (Rafael) نام دارد، می تواند نور را در لحظه تحلیل کند؛ با دقتی که پیش تر فقط در ابزارهای آزمایشگاهی بزرگ و پیچیده ممکن بود.

به گفته پژوهشگران، این تراشه دقت طیفی (وضوح رنگی) را تا 100 برابر نسبت به تصویربردارهای معمولی افزایش می دهد و قادر است رنگ هایی را که کمتر از یک دهم نانومتر با هم تفاوت دارند، از یکدیگر تشخیص دهد.

نویسندگان این مطالعه می گویند: این روش تصویربرداری طیفی با عملکرد بالا و قابلیت ادغام آسان، می تواند پیشرفت هایی در حوزه هایی مانند علم مواد و اخترفیزیک ایجاد کند.

برای درک بهتر توانایی این تراشه، کافی است بدانید که می تواند نقشه برداری از کهکشان راه شیری را که معمولاً هزاران سال طول می کشد، در کمتر از یک دهه انجام دهد.

نتیجه ای از فیزیک هوشمندانه و الگوریتم های پیشرفته

این تراشه حاصل بازنگری در مشکلی است که مدت ها ابزارهای نوری را محدود کرده بود. به طور سنتی، ابزارهای تصویربرداری نور ورودی را به رنگ های مختلف تجزیه می کنند تا آن را تحلیل کنند.

هرچه جداسازی رنگ ها دقیق تر باشد، نور بیشتری از دست می رود و ابزارها بزرگ تر و پیچیده تر می شوند. این تعادل بین وضوح و کارایی، ساخت دستگاه های کوچک و دقیق را تقریباً غیرممکن کرده بود.

اما پژوهشگران رویکرد متفاوتی اتخاذ کردند. به جای جداسازی فیزیکی نور، تراشه یوهنگ اجازه می دهد تمام نور به طور همزمان وارد شود و آن را از طریق الگوی منحصربه فردی که درون دستگاه شکل می گیرد، رمزگذاری می کند.

الگوهای تداخلی تصادفی بسیار کوچک، همراه با کریستال لیتیوم نیوبیت که با اعمال ولتاژ نور را خم می کند، به تراشه اجازه می دهند اطلاعات دقیق رنگی را جمع آوری کند. سپس با استفاده از الگوریتم های رایانه ای پیشرفته، تراشه نور را رمزگشایی کرده و طیف کامل رنگ را بازسازی می کند.

نتیجه حیرت انگیز است: تراشه دارای 73٪ عبور نور است (بیشتر نور ورودی از آن عبور می کند) و با نرخ 88 فریم در ثانیه تصویربرداری می کند، بدون افت روشنایی یا سرعت، و وضوح رنگی فوق العاده ای ارائه می دهد. به عبارتی، کار یک میز نوری بزرگ را در قالب یک تراشه کوچک و هوشمند انجام می دهد.

نویسندگان مطالعه می گویند: رافائل توانست طیف های زیر آنگسترومی، شامل تمام قله های جذب اتمی، از 5600 ستاره را در یک تصویر ثبت کند؛ که نشان دهنده بهبود 100 تا 10,000 برابری در کارایی مشاهده نسبت به طیف سنج های اخترشناسی سطح جهانی است.

زمان ادغام و توسعه رافائل فرا رسیده

یوهنگ گامی بزرگ در جهت تحلیل نوری فوق دقیق و پرسرعت در قالب یک دستگاه کوچک و کاربردی محسوب می شود. کاربردهای بالقوه آن بسیار گسترده اند. برای مثال، در پزشکی می تواند برای تحلیل غیرتهاجمی بافت ها و تشخیص بیماری ها استفاده شود.

پهپادها می توانند از آن برای بررسی کیفیت خاک یا تشخیص آلاینده ها بهره ببرند. خودروهای خودران نیز ممکن است با کمک این تراشه، سطح جاده، تابلوها و موانع را با دقت بیشتری—even در شرایط نوری دشوار تشخیص دهند.

در حوزه اخترشناسی، تیم پژوهشی قصد دارد تراشه یوهنگ را روی تلسکوپ بزرگ کاناریاس در اسپانیا آزمایش کند؛ بزرگ ترین تلسکوپ نوری تک دهنه جهان. هدف آن ها بررسی ستارگان، کهکشان ها، ماده تاریک و سیاه چاله ها با کارایی بی سابقه است.

با این حال، این به معنای آمادگی کامل فناوری برای استفاده نیست. این فناوری هنوز در مراحل اولیه توسعه قرار دارد و پژوهشگران در حال کار روی بهبود پایداری و قابلیت ادغام آن هستند.