دانشمندان چینی از ساخت تراشه Yuheng خبر دادهاند که میتواند تنها در چند ثانیه، دادههای طیفی مربوط به ۵۶۰۰ ستاره را ثبت و تحلیل کند.
به گزارش تکناک، این تراشه تنها به اندازه یک ناخن است و به گفته تیم تحقیقاتی، دقت طیفی آن صد برابر بیشتر از تصویربردارهای فوری معمولی است. این فناوری میتواند زمینهساز تحولی عظیم در اخترشناسی، علوم مواد، پزشکی و حتی صنعت خودروسازی باشد.
پژوهشگران در مقاله خود اعلام کردهاند که تراشه Yuheng قادر است رنگهایی را که فاصله آنها کمتر از یکدهم نانومتر است، از هم تفکیک کند. تاکنون چنین سطحی از دقت تنها در دستگاههای بزرگ آزمایشگاهی قابل دستیابی بود. آنها بیان کردهاند که این روش طیفسنجی سریع و قابلادغام، میتواند مسیر پیشرفت در حوزههایی مانند: فیزیک نوری، نجوم و علوم زیستی را متحول کند.
در حالت عادی، ابزارهای نوری برای بررسی ترکیب نور، آن را به رنگهای مختلف تقسیم میکنند تا بتوانند طیف دقیق آن را تحلیل کنند. هرچه جداسازی رنگها دقیقتر باشد، نور بیشتری از بین میرود و ابزارها حجیمتر و پیچیدهتر میشوند. این تضاد میان وضوح و کارایی سالها است که مانع ساخت دستگاههای کوچک اما دقیق شده است.
اما محققان چینی در دانشگاه فناوری و علم چین، با ترکیبی از فیزیک پیشرفته و الگوریتمهای هوش مصنوعی، این معادله را تغییر دادند. آنها تصمیم گرفتند به جای جداسازی فیزیکی نور، آن را به طور کامل وارد تراشه کنند و از الگوهای تداخلی تصادفی برای رمزگذاری اطلاعات استفاده نمایند.
در قلب این فناوری، بلوری از جنس لیتیم نیوبات قرار دارد، که میتواند هنگام اعمال ولتاژ، مسیر حرکت نور را خم کند. این ویژگی، همراه با الگوریتمهای تحلیلی پیشرفته، به تراشه اجازه میدهد که اطلاعات رنگی نور را رمزگشایی و طیف کامل آن را در لحظه بازسازی کند. نتیجه، سیستمی است که بدون از دست دادن روشنایی، دقتی بیسابقه را ارائه میدهد.
تراشه Yuheng توانسته است ۷۳ درصد از نور ورودی را عبور دهد و با سرعت ۸۸ فریم در ثانیه عمل کند؛ عددی که در سطح ابزارهای آزمایشگاهی فوقپیشرفته نیز کمنظیر است. به زبان ساده، این تراشه کاری را انجام میدهد که قبلاً تنها در آزمایشگاههای عظیم نوری و با استفاده از میزهای اپتیکی بزرگ ممکن بود.
پژوهشگران اعلام کردند که نسخه آزمایشی این تراشه با نام RAFAEL توانسته است طیفهای زیر آنگسترومی شامل تمام قلههای جذب اتمی از ۵۶۰۰ ستاره را در یک تصویر فوری ثبت کند. این دستاورد به معنای افزایش ۱۰۰ تا ۱۰ هزار برابری کارایی نسبت به بهترین طیفسنجهای نجومی کنونی است.
اگر این فناوری به مرحله صنعتی برسد، میتواند نقشهبرداری از کهکشان راه شیری را در کمتر از یک دهه کامل کند، که در حالت عادی هزاران سال به طول میانجامد. چنین سرعتی در پردازش دادههای نوری، چشماندازی تازه برای درک ساختار جهان و کشف اجرام ناشناخته فراهم میکند.
توسعهدهندگان تراشه Yuheng معتقد هستند که این فناوری فقط برای فضا طراحی نشده است. این تراشه میتواند در پزشکی به تشخیص غیرتهاجمی بیماریها کمک کند و با تحلیل بازتاب نور از بافتهای بدن، نشانههای اولیه بیماریها را شناسایی نماید.
در بخش کشاورزی و محیط زیست، پهپادهای مجهز به این تراشه خواهند توانست کیفیت خاک، رطوبت و میزان آلودگی را در مساحتهای وسیع بررسی کنند. از سوی دیگر، خودروهای خودران میتوانند از آن برای شناسایی دقیقتر علائم جاده، موانع و سطوح ناهموار، حتی در شرایط نوری نامناسب یا مهآلود استفاده کنند.
تیم تحقیقاتی اعلام کرده است که قصد دارد تراشه Yuheng را روی Gran Telescopio Canarias در اسپانیا آزمایش کند. این تلسکوپ با دهانه ۱۰.۴ متری خود، بزرگترین تلسکوپ نوری تکلنزی جهان است و امکان مشاهده اجرام بسیار کمنور را فراهم میکند. هدف از این آزمایش، بررسی کارایی تراشه در محیطهای نجومی واقعی و ارزیابی پایداری آن در شرایط دمایی و نوری مختلف است.
هرچند فناوری Yuheng هنوز در مرحله اولیه توسعه قرار دارد، اما محققان در حال بهبود پایداری، افزایش بازدهی و سادهسازی فرایند ادغام آن با سایر دستگاهها هستند. کارشناسان باور دارند که این تراشه میتواند در آینده به یکی از ارکان اصلی ابزارهای نوری در سراسر جهان تبدیل شود.
این دستاورد نشان میدهد که عصر جدیدی در فناوری طیفسنجی در راه است؛ عصری که در آن ابزارهای عظیم آزمایشگاهی جای خود را به تراشههایی کوچک، سریع و هوشمند خواهند داد؛ تراشههایی که شاید روزی همانند دوربین گوشیهای هوشمند، بخشی جداییناپذیر از زندگی روزمره شوند.
