فهرست مطالب
پژوهشگران مؤسسه فناوری پکن نمونه اولیه یک عینک دید در شب تمام‌رنگی را توسعه داده‌اند که برخلاف فناوری‌های رایج، تصاویر فروسرخ را تنها به رنگ سبز یا خاکستری نمایش نمی‌دهد.
به گزارش سرویس فناوری تکناک، این فناوری با استفاده از نقاط کوانتومی تلورید جیوه و یک نمایشگر OLED دولایه، طول موج‌ها و شدت‌های مختلف نور فروسرخ را مستقیما به رنگ‌های متفاوت تبدیل می‌کند. پژوهشگران معتقد هستند این روش می‌تواند اطلاعات بسیار بیشتری نسبت به سامانه‌های متداول در اختیار کاربر قرار دهد و مسیر توسعه نسل جدید تجهیزات دید در شب و پروتزهای بینایی را هموار کند.
عینک های دید در شب موجود و ابزارهای تصویربرداری فروسرخ معمولا اختلاف شدت نور فروسرخ را به اختلاف روشنایی در یک رنگ، اغلب سبز تبدیل می‌کنند. اگرچه این فناوری سال‌ها در تجهیزات نظامی، امدادی و صنعتی استفاده شده است، اما نمی‌تواند تفاوت طول موج‌های مختلف فروسرخ را به طور مستقیم نمایش دهد. در نتیجه بخشی از اطلاعات موجود در سیگنال فروسرخ از بین می‌رود.
پژوهشگران برای رفع این محدودیت از نقاط کوانتومی بسیار کوچک با اندازه چند نانومتر استفاده کرده‌اند. این ساختارها دارای ترازهای انرژی گسسته هستند و به همین دلیل نسبت به طول موج‌های مختلف نور فروسرخ واکنش متفاوتی نشان می‌دهند. طول موج‌های بلندتر که انرژی کمتری دارند، حامل‌های بار الکتریکی کمتری تولید می‌کنند، اما طول موج‌های کوتاه‌تر و سیگنال‌های قوی‌تر گذارهای الکترونیکی بیشتری ایجاد می‌کنند و در نتیجه تعداد بیشتری حامل بار به وجود می‌آورند.
بیشتر بخوانید: دوربین دید در شب گوشی Oukitel WP60 در تاریکی مطلق عکاسی می کند + تصویر
تبدیل مستقیم سیگنال فروسرخ به رنگ‌های مختلف
سیگنال تولیدشده از نقاط کوانتومی وارد یک نمایشگر OLED دولایه می‌شود. یکی از لایه‌ها نور قرمز و دیگری نور فیروزه‌ای تولید می‌کند. میان این دو لایه یک سد انرژی قرار دارد که میزان عبور بار الکتریکی را کنترل می‌کند.
زمانی که شدت نور فروسرخ کم باشد، تنها لایه قرمز فعال می‌شود و تصویر به رنگ قرمز کم‌نور دیده می‌شود. با افزایش شدت سیگنال یا تغییر طول موج به محدوده کوتاه‌تر، بار الکتریکی بیشتری از سد انرژی عبور می‌کند و لایه فیروزه‌ای نیز فعال می‌شود. ترکیب این دو لایه باعث ایجاد طیف‌های رنگی مختلف همراه با تغییر روشنایی می‌شود.
مهم‌ترین ویژگی این فناوری آن است که رنگ‌های تولیدشده به صورت مستقیم از ویژگی‌های فیزیکی نور فروسرخ ناشی می‌شوند و به یک پردازش نرم‌افزاری یا رنگ‌آمیزی مصنوعی وابسته نیستند. به همین دلیل عینک دید در شب تمام‌رنگی جدید می‌تواند اختلاف‌های بسیار کوچک در توان تابش فروسرخ را تشخیص دهد و اطلاعات بیشتری نسبت به نمایشگرهای تک‌رنگ در اختیار کاربر قرار دهد.
پژوهشگران برای ارزیابی عملکرد فناوری، نمونه اولیه‌ای در قالب یک عینک هوشمند ساختند. این دستگاه تنها ۲۳ گرم وزن دارد و ساختار نیمه‌شفاف آن به کاربر اجازه می‌دهد تصویر طبیعی محیط و تصویر تقویت‌شده فروسرخ را به صورت هم‌زمان مشاهده کند.
آزمایش‌های کنترل‌شده نشان دادند این عینک می‌تواند تصاویر واضح و رنگ‌بندی‌شده‌ای از الگوهای ساده و اجسام متحرک را در شرایط تابش فروسرخ موج کوتاه تولید کند. همچنین کاربران می‌توانند نحوه نمایش تصاویر را تغییر دهند. در یک حالت، اطلاعات فروسرخ روی تصویر طبیعی محیط قرار می‌گیرد و در حالت دیگر، نور مرئی حذف می‌شود تا کاربر تنها تصویر فروسرخ را مشاهده کند.
بیشتر بخوانید: حسگر حرارتی پژوهشگران MIT انقلابی در فناوری دید در شب ایجاد می‌کند
کاربردهای آینده و چالش‌های فناوری
پژوهشگران علاوه بر بررسی کیفیت تصویر، تأثیر این فناوری را بر سامانه‌های زیستی نیز آزمایش کردند. آزمایش‌های آزمایشگاهی نشان داد که نور فروسرخ پس از تبدیل به نور مرئی توسط این دستگاه، توانست سلول‌های مهندسی‌شده حساس به نور مرئی را فعال کند.
آزمایش‌های تکمیلی نیز فعالیت قابل اندازه‌گیری مغز در موش‌ها و پاسخ شبکیه چشم در داوطلبان انسانی را هنگام مشاهده سیگنال‌های فروسرخ از طریق این سامانه نشان داد. در مقابل، نور فروسرخ بدون عبور از این دستگاه هیچ واکنش مشابهی ایجاد نکرد.
پژوهشگران در مقاله خود اعلام کرده‌اند که این فناوری تعریف رایج از دید فروسرخ را تغییر می‌دهد و با عبور از الگوی سنتی تصاویر تک‌رنگ، می‌تواند زمینه‌ساز توسعه نسل آینده پروتزهای بینایی و سامانه‌های پیشرفته تصویربرداری شود.
با وجود نتایج امیدوارکننده، این فناوری هنوز در مراحل اولیه توسعه قرار دارد. تمام آزمایش‌ها در محیط‌های کنترل‌شده و با اهداف ساده انجام شده‌اند و هنوز مشخص نیست عملکرد آن در محیط‌های واقعی و صحنه‌های پیچیده چگونه خواهد بود.
علاوه بر این، نمایشگر OLED به منبع تغذیه خارجی نیاز دارد و به همین دلیل نمونه فعلی بیشتر یک نمایشگر پوشیدنی محسوب می‌شود تا یک ابزار نوری غیرفعال باشد.
موضوع دیگر به ماده تلورید جیوه مربوط می‌شود. این ترکیب در گروه مواد فلزی سنگین قرار دارد و پژوهش حاضر به ایمنی بلندمدت آن یا امکان استفاده از آن در تجهیزاتی که تماس مستقیم با بدن دارند، نپرداخته است.
با وجود این محدودیت‌ها، این دستاورد نشان می‌دهد آینده فناوری دید در شب می‌تواند از نمایش تصاویر تک‌رنگ فاصله بگیرد و به نمایش مستقیم اطلاعات رنگی فروسرخ برسد. چنین رویکردی نه‌تنها دقت تشخیص اهداف را افزایش می‌دهد، بلکه می‌تواند کاربردهای گسترده‌ای در حوزه‌های پزشکی، امداد و نجات، پژوهش‌های علمی، خودروهای خودران و تجهیزات پیشرفته نظامی داشته باشد.
بیشتر بخوانید: اختراع جدیدترین فناوری دید در شب
