محققان دانشگاه واشنگتن در سنت لوئیس از روش جدیدی برای افزایش حساسیت سنسورهای نوری معمولی رونمایی کردند.
به گزارش تکناک، این حسگرها در بسیاری از کارهای علمی و فناوری از تشخیص امواج گرانشی گرفته تا تصویربرداری از بافت‌های بیولوژیکی برای تشخیص‌های پزشکی، کاربرد دارند.
سنسورهای نوری از نور برای تشخیص تغییرات در ویژگی‌های محیطی که تحت نظارت هستند، استفاده می‌کنند. این تغییرات شامل نشانگرهای شیمیایی و خواص فیزیکی مانند دما است. با این حال، آنها مدت‌هاست که با مشکل تشخیص سیگنال‌های ضعیف در میان نویز دست و پنجه نرم می‌کنند.
دانشمندانی به نام‌های لان یانگ، ادوین اچ و فلورانس جی. اسکینر، ام. گرین و ونبو مائو، اخیرا یک پلتفرم سنجش EP ارتقا یافته را توسعه داده‌اند.
به بیان ساده، نقاط استثنایی (EPs) نقاطی هستند که در آن ویژگی‌های نور مانند شدت یا فاز، با تغییرات بسیار کوچک، به‌طور چشمگیری تغییر می‌کنند. به عنوان مثال، سنسوری را تصور کنید که یک تغییر معمولی در خواندن را با یک تغییر دما کوچک نشان می‌دهد. در یک EP، یک تغییر دما مشابه باعث تغییر شدید در خواندن می‌شود.
برخلاف روش‌های سنتی که نیاز به تغییراتی در خود سنسور دارند، این سیستم دارای یک واحد کنترل EP است. این واحد می‌تواند به حسگرهای خارجی جدا شده فیزیکی متصل شود و حساسیت فوق‌العاده‌ای را بدون تغییرات پیچیده حسگر، ممکن می‌سازد.
تطبیق‌پذیری Plug and Play
یانگ در بیانیه‌ای گفت: ما پلتفرم جدیدی را پیاده‌سازی کرده‌ایم که می‌تواند بهبود EP را به حسگرهای نوری معمولی بدهد. این سیستم نشان دهنده گسترش انقلابی حسگرهای EP است که کاربرد و جهانی بودن آن را به‌طور قابل توجهی گسترش می‌دهد.
هر حسگر حساس به فاز می‌تواند با اتصال به این پیکربندی، حساسیت بهبود یافته و محدودیت تشخیص را کاهش دهد. به سادگی با تنظیم واحد کنترل، این پیکربندی EP می‌تواند با شرایط حسی مختلف مانند تشخیص محیطی، نظارت بر سلامت و تصویربرداری زیست پزشکی، سازگار شود.
جداسازی توابع حسگر و کنترل به محققان این امکان را داد تا الزامات فیزیکی سختگیرانه برای سنسورهای عملیاتی در EP ها را دور بزنند. این شاهکار می‌تواند منجر به پذیرش گسترده حسگرهای مرسوم ارتقا یافته با EP شود.
به گفته محققان، این نقاط استثنایی شامل تشدیدگرهای حلقه، حسگرهای حرارتی و مغناطیسی و حتی آنهایی هستند که ارتعاشات را می‌گیرند یا آشفتگی را در نشانگرهای زیستی تشخیص می‌دهند.
برای نشان دادن تکنیک خود، محققان یک حسگر تقویت‌کننده EP را در مقابل یک سنسور معمولی قرار دادند. به‌طور قابل توجهی، آنها کاهش شش برابری در حد تشخیص سنسور را هنگام استفاده از پیکربندی پیشرفته EP خود مشاهده کردند.
فراهم کردن امکانات جدید
مائو تاکید کرد: با این سنسورهای نوری ، ما نشان دادیم که می‌توانیم به‌طور قابل توجهی توانایی خود را برای تشخیص آشفتگی‌هایی که سیگنال‌های ضعیفی دارند، افزایش دهیم. ما اکنون بر روی استفاده از این نظریه به کاربرد گسترده تمرکز کرده‌ایم.
وی افزود: من به‌طور خاص بر روی کاربردهای پزشکی این فناوری متمرکز شده‌ام، به ویژه کار برای تقویت حس مغناطیسی که می تواند برای بهبود فناوری MRI استفاده شود. در حال حاضر، MRI به یک اتاق کامل با کنترل دقیق دما نیاز دارد. پلتفرم EP ما می‌تواند برای تقویت حسگر مغناطیسی برای فعال کردن MRI قابل حمل کنار تخت استفاده شود.
تحقیقات این گروه در مجله Science Advances منتشر شد.
