Устройство MantiSpectra в виде маленького чипа улавливает ближний инфракрасный диапазон, чтобы распознавать, из чего состоят предметы или продукты. По словам ученых, изобретение подойдет для контроля за процессами в промышленности и сельском хозяйстве, ведь оно может разглядеть то, что люди разглядеть не способны. При этом миниатюрные размеры позволяют встроить его в смартфоны, чтобы пользователи могли, к примеру, проверять качество еды или состояние своего здоровья.
Человеческий глаз использует три разных типа клеток на сетчатке, которые преобразовывают видимый свет в сигналы разных цветов — таким образом мы получаем зрительную информацию об окружающем мире. Используя сочетания сигналов, человек делает выводы на основе собственного опыта, например, что красная клубника вкусная, а зеленая — нет.
Возможности человеческих глаз удивительны, однако они далеки от совершенства, когда дело касается цветов, и значительно уступают глазам креветки-богомола, состоящим из 16-ти различных типов клеток. Благодаря этому животное чувствительно к ультрафиолетовому и ближнему инфракрасному свету (БИК). Подобное «зрение» обеспечивают специальные аппараты — спектрометры, однако они очень большие и дорогие.
«Уменьшить устройство при низких затратах было серьезной проблемой. Мы разработали новый процесс изготовления пластин в масштабе. Это недорого, потому что можно производить несколько датчиков одновременно. Процессор небольшой и может быть даже встроен смартфоны», — рассказала соавтор исследования Кейли Хаккель из Технического университета Эйндховена.
Попутно инженеры решили еще одну важную проблему — эффективное использование полученных данных. Обычно, при измерении света датчиком, генерируемый сигнал используется для восстановления оптического спектра или создания «оптического» отпечатка материала, после чего алгоритмы датчиков анализируют данные. Исследование показало, что процесс спектральной реконструкции можно пропустить и направлять сигналы прямо в алгоритмы. В конечном результате это сильно упростило конструкцию устройства.
Подобно глазу креветки-богомола, на чипе разместили 16 датчиков, каждый из которых улавливает БИК-свет. Ученые предлагают применять их во многих областях, а в первую очередь в сферах сельского хозяйства, требующих высокой точности, клинических исследований, медицине и других отраслях, где сейчас используется инфракрасная спектроскопия.
Во время экспериментов ученые при помощи датчиков измерили питательные свойства нескольких веществ, включая молоко. В случае с последним устройство так же точно определяет жирность, как и обычные спектрометры. Как отметили ученые, с его помощью можно даже следить за состоянием здоровья коров. Мини-датчик также хорошо показал себя при оценке пластика, а потому может упростить сортировку отходов. Авторы исследования намерены усовершенствовать новые сенсоры для более широкого применения технологии.
