Spalvota naktinė rega su infraraudonųjų spindulių žemėlapiu

Įsivaizduokite, kad vaikštote blankiu miesto gatvės ruožu ir matote pasaulį ne kaip plokščią žalią atspalvį, o subtiliomis, praktiškomis spalvomis. Būtent tai nedidelė Kinijos technologijų instituto komanda pademonstravo plunksnos lengvumo prototipu, kuris verčia infraraudonuosius spindulius į pilnų spalvų vaizdus.

Kitoks būdas matyti tamsoje

Tradicinės naktinio matymo priemonės suspaudžia plačią infraraudonųjų spindulių juostą į vieną ryškumo kanalą. Rezultatas naudingas, bet grubus: daugiausia vienos spalvos atspalviai, dažniausiai žali. Žmogaus rega, priešingai, puikiai atpažįsta spalvų kontrastus. Kam tenkintis vienu ryškumu, jeigu spalvos gali atskleisti kur kas daugiau?

Tyrėjai atsakė į šį klausimą derindami gyvsidabrio telluridą sudarančias kvantines daleles su dviejų sluoksnių organine OLED ekrano konstrukcija. Kiekviena kvantinė dalelė yra vos kelių nanometrų skersmens ir elgiasi kaip smulkus, sureguliuotas antenos elementas. Jos skirtingai reaguoja į gaunamą infraraudonųjų spindulių bangos ilgį ir intensyvumą. Užuot sutrumpinus viską iki vienos pilkos vertės, šie nanoskalės jutikliai generuoja signalus, kuriuos OLED sluoksnių sistema paverčia į atskirus matomus atspalvius.

Kaip aparatinė įranga žemėlapiuoja infraraudonuosius spindulius į spalvas

Sistemos šerdyje yra kvantiniai taškeliai iš gyvsidabrio tellurido, dažnai žymimi HgTe. Jų diskretūs energijos lygiai leidžia jiems selektyviai reaguoti į skirtingas infraraudonųjų juostas. Šios reakcijos maitina OLED struktūrą su dviem spinduliuojančiais sluoksniais: vienas generuoja raudoną šviesą, kitas skleidžia cianą. Tarp sluoksnių įdėtas energijos barjeras reguliuoja, kiek elektros krūvio gali praeiti. Silpnai infraraudonųjų įėjimai nukreipia pusiausvyrą link blankesnės raudonos. Stipresni signalai arba trumpesni infraraudonųjų bangos ilgiai pritraukia daugiau krūvio per barjerą ir aktyvuoja ciano sluoksnį. Matomas rezultatas yra jų derinys, suteikiantis sodresnes spalvas ir didesnį kontrastą nei vienos spalvos naktinė rega.

Realistiniam bandymui komanda sukonstravo minimalų nešiojamą įrenginį: pusiau permatomus akinius, sveriančius vos 23 gramus. Naudotojai gali matyti įprastą regą be papildomos įrangos kartu su infraraudonųjų vaizdų perdanga. Įrenginys demonstruoja spalvotos naktinės vizualizacijos potencialą navigacijai, stebėjimui, gelbėjimo operacijoms ir net medicinos taikymams, pavyzdžiui, regos protezams.

„Mūsų prototipas parodo, kad infraraudonųjų spektro detalės nebūtinai turi būti prarastos“, sakė projekto vadovas apibendrindamas požiūrį. „Spalvų žemėlapiai atveria naujus būdus interpretuoti scenas naktį.“

Sistema turi praktinių ribojimų. OLED reikalauja išorinio maitinimo šaltinio, kuris prideda svorio ir dizaino apribojimų nešiojamai įrangai. Dar svarbiau, gyvsidabrio telluridas turi toksišką gyvsidabrį; tyrėjai pažymi, kad tiesioginio poveikio rizika dar nėra pilnai įvertinta. Bet kuris kelias link vartotojams skirtų įrenginių ar implantų pareikalaus griežtų saugumo bandymų ir izoliavimo priemonių.

Už pačių įrenginių ribų šis darbas susisieja su platesniais jutiklių miniatiūrizacijos ir mažos galios ekranų pasiekimais. Spalvų galimybės turinti infraraudonųjų vaizdavimo technologija galėtų pagerinti automatizuotą scenų analizę, tiekiant turtingesnius vizualinius duomenis kompiuterinės regos sistemoms. Ji taip pat galėtų informuoti kitos kartos regos protezus, kur spektrinis niuansas galėtų sugrąžinti natūralesnį suvokimą žmonėms su sunkiu regos sutrikimu.

Yra kliūčių, kurias reikia įveikti: nuo medžiagų saugumo iki baterijos trukmės. Vis dėlto šis konceptas stumia naktinę regą link labiau žmogui draugiško dizaino: tokio, kuris gerbia mūsų gebėjimą skaityti spalvas ir išgauti reikšmę iš subtilių vaizdinių užuominų. Jei inžinerija ir toksikologija suderės, naktis galbūt pagaliau bus matoma pilnomis spalvomis.