Nový senzor dokáže vnímať z extrémnej vzdialenosti aj tie najmenšie detaily
Nové senzory nám dláždia cestu nielen k teleskopom novej generácie, ale aj rôznym priemyselným uplatneniam.
Vedci z University of Connecticut vyvinuli senzor, ktorý umožňuje vidieť neuveriteľne drobné detaily z diaľky, bez akýchkoľvek šošoviek. Nový systém sa volá Multiscale Aperture Synthesis Imager (MASI) a funguje ako digitálna armáda malých senzorov, ktoré spoločne vytvárajú obraz s rozlíšením, ktoré tradičná optika nedokáže dosiahnuť.
„Syntetická apertúra, metóda, ktorá umožnila Event Horizon Telescope zachytiť čiernu dieru, spája merania z viacerých vzdialených senzorov. Problém je, že pri viditeľnom svetle je koordinácia extrémne náročná,“ vysvetlil profesor Guoan Zheng, ktorý vedie tím MASI
Tradičné mikroskopy alebo teleskopy vyžadujú šošovky vyrobené v bezprašnom prostredí s milimetrovou presnosťou, píše SciTech Daily. Stačí malý náraz alebo zmena teploty a obraz sa rozostrie. MASI prenáša túto zodpovednosť z mechaniky na matematiku. Softvér zosynchronizuje dáta, takže prístroj môže byť mechanicky odolnejší a lacnejší na údržbu. To je kľúčové pre použitie v drsných prostrediach, od tovární až po vesmír.
Ako MASI funguje
Systém nevyužíva šošovky. Pole kódovaných senzorov zachytáva difrakčné vzory, spôsob, akým sa svetlo šíri po interakcii s objektom. Tieto vzory obsahujú informácie o amplitúde aj fáze svetla, ktoré softvér následne rekonštruuje do obrazu s vysokým rozlíšením. Každý senzor si svetlo zbiera samostatne a softvér ich potom spája. Zheng prirovnáva systém k fotografom, ktorí zachytávajú rovnakú scénu, ale namiesto hotových fotografií zaznamenávajú surové svetelné dáta.
Výsledkom je virtuálna syntetická apertura, väčšia než akýkoľvek jednotlivý senzor. MASI dosahuje rozlíšenie pod mikrometer a zároveň zachováva široké zorné pole. Klasické prístroje musia byť často len pár centimetrov od objektu, čo obmedzuje prístup. MASI môže snímať z niekoľkých desiatok centimetrov a stále ukazuje detaily, napríklad hrany ľudského vlasu z opačného konca stola.
Systém dokáže rekonštruovať svetelné pole aj cez rozptyľujúce médium, hmlu, dym alebo tenkú vrstvu biologického tkaniva. Tam, kde klasická šošovka vidí len „mlieko“, MASI dokáže z dát vyčítať obraz. Navyše, lineárne škálovanie znamená, že pridanie ďalších senzorov zvyšuje rozlíšenie priamoúmerne, bez exponenciálneho rastu náročnosti výroby, ako je to pri klasických šošovkách. To otvára cestu k gigantickým virtuálnym „šošovkám“ s rozlohou stoviek metrov, tvorenej sieťou malých a lacných čipov.
Neprehliadni
Praktické využitie
Profesor Zheng vidí MASI v forenznej vede, lekárskej diagnostike, priemyselnej kontrole či diaľkovom snímaní.
„Najzaujímavejšie je škálovanie, tradičná optika s rastom zložitosti exponenciálne narástla, MASI lineárne. Môžeme vytvárať veľké polia senzorov pre nové aplikácie,“ hovorí.
MASI teda posúva hranice optického snímania. Nahrádza drahú mechanickú presnosť počítačom a umožňuje snímať detaily, ktoré by inak zostali skryté, a to aj vo vzdialenosti niekoľkých metrov. Softvér sa stará o synchronizáciu, čo znamená menšiu poruchovosť, nižšie náklady a flexibilitu použitia v extrémnych podmienkach.
„Tento prístup mení spôsob, akým možno optiku navrhovať,“ dodáva Zheng: „S MASI môžeme skúmať objekty detailne, prispôsobovať sa situácii a škálovať prístroje do rozmerov, ktoré boli predtým nemysliteľné.“
