Κάντε TO BHMA προτιμώμενη πηγή Μια σημαντική καινοτομία στον τομέα της Οπτικής και της Επιστήμης Υλικών παρουσίασαν ερευνητές του Ομοσπονδιακού Πολυτεχνείου της Ζυρίχης (ΕΤΗ), οι οποίοι ανέπτυξαν έναν νέο τύπο pixel, ικανό όχι μόνο να δημιουργεί εικόνες, αλλά και να τις καταγράφει. Η πρωτοποριακή αυτή τεχνολογία αναμένεται να χρησιμοποιηθεί σε συσκευές, οι οποίες θα λειτουργούν ταυτόχρονα ως οθόνη και κάμερα, ανοίγοντας τον δρόμο για μια νέα γενιά ηλεκτρονικών με πρωτοφανείς δυνατότητες.
Παιχνίδι με το φως
Τα pixels ή εικονοστοιχεία, οι μικροσκοπικές «ψηφίδες» που συνθέτουν κάθε ψηφιακή εικόνα, είχαν έως σήμερα έναν και μόνο ρόλο: είτε να προβάλλουν εικόνες στις οθόνες είτε να καταγράφουν το φως στους αισθητήρες των ψηφιακών καμερών. Με άλλα λόγια, η λειτουργία μιας οθόνης και μιας κάμερας βασιζόταν σε διαφορετικού τύπου pixels, σχεδιασμένα για διαφορετικές εργασίες.
Στις εμπορικά διαθέσιμες συσκευές η οθόνη και η κάμερα εξακολουθούν να λειτουργούν ως ξεχωριστά συστήματα και απαιτούν διαφορετικά εξαρτήματα για την απεικόνιση και τη λήψη εικόνας. Η ερευνητική ομάδα του καθηγητή Ντέιβιντ Νόρις από το Εργαστήριο Οπτικών Υλικών του ETH κατάφερε να υπερβεί αυτόν τον περιορισμό, παρουσιάζοντας τα λεγόμενα «αμφίδρομα» pixels, τα οποία είναι ικανά να επιτελούν και τις δύο λειτουργίες ταυτόχρονα. Η τεχνολογία μάς φέρνει ένα βήμα πιο κοντά στη νέα γενιά συσκευών, στις οποίες οθόνη και κάμερα θα συνυπάρχουν στο ίδιο σύστημα.
Η έρευνα, που δημοσιεύθηκε στο επιστημονικό περιοδικό «Nature», βασίζεται σε ένα θεμελιώδες φυσικό φαινόμενο: τη συμβολή των φωτεινών κυμάτων. Οταν το φως αλληλεπιδρά με μια ειδικά διαμορφωμένη επιφάνεια, τα κύματα που δημιουργούνται αλληλοεπικαλύπτονται. Αν οι φάσεις τους συμπίπτουν, ενισχύονται· αν είναι αντίθετες, αλληλοαναιρούνται. Οι επιστήμονες αξιοποίησαν αυτό ακριβώς το φαινόμενο για να ελέγξουν με εξαιρετική ακρίβεια το φως.
Ενα pixel, πολλές ιδιότητες
Το μυστικό της τεχνολογίας βρίσκεται σε μικροσκοπικά μοτίβα, τα οποία χαράσσονται στην επιφάνεια ενός ειδικού οπτικού τσιπ. Αυτά λειτουργούν ως «οδηγοί», επιτρέποντας στους ερευνητές να ελέγχουν τη λειτουργία του τσιπ και να δημιουργούν κύματα φωτός με συγκεκριμένες φυσικές ιδιότητες. Μέσα από την αλληλεπίδραση αυτών των κυμάτων δημιουργούνται εικόνες και σχήματα, ενώ μαθηματικοί αλγόριθμοι βοηθούν τους ερευνητές να σχεδιάζουν ακριβώς τη συνθήκη που απαιτείται για κάθε επιθυμητό οπτικό εφέ. Τα νέα pixels μπορούν όχι μόνο να δείχνουν εικόνες, αλλά και να «καταλαβαίνουν» το φως που δέχονται. Ελέγχοντας ιδιότητες όπως η φάση και η πόλωση, μετατρέπονται από απλά στοιχεία απεικόνισης σε έξυπνους οπτικούς αισθητήρες.
Στο μέλλον, κινητά τηλέφωνα, υπολογιστές και άλλες ηλεκτρονικές συσκευές θα μπορούσαν να διαθέτουν οθόνες που λειτουργούν ταυτόχρονα και ως κάμερες, καταργώντας την ανάγκη για ξεχωριστούς αισθητήρες εικόνας. Παράλληλα, τα νέα pixels θα μπορούσαν να αναβαθμίσουν πεδία όπως οι οπτικές επικοινωνίες, τα προηγμένα συστήματα απεικόνισης, οι αισθητήρες υψηλής ακρίβειας και οι εφαρμογές φωτονικής Τεχνητής Νοημοσύνης. Η ερευνητική ομάδα εργάζεται ήδη για την επέκταση της τεχνολογίας από μεμονωμένα pixels σε ολόκληρες συστοιχίες, ώστε να καταστεί άμεσα δυνατή η κατασκευή λειτουργικών οθονών-καμερών υψηλής ανάλυσης. Παράλληλα, το νέο τεχνολογικό «τέκνο» της ομάδας του καθηγητή Νόρις έχει προταθεί για το φετινό βραβείο Spark του ETH, το οποίο αναδεικνύει τις πιο καινοτόμες ερευνητικές ιδέες με δυνατότητα πρακτικής εφαρμογής.
Η συγκεκριμένη τεχνολογία αποτελεί ένα ακόμη βήμα προς τις «έξυπνες» οπτικές συσκευές του μέλλοντος, στις οποίες η απεικόνιση, η ανίχνευση και η επεξεργασία του φωτός θα πραγματοποιούνται ταυτόχρονα, με μεγαλύτερη ταχύτητα, μικρότερο μέγεθος και αυξημένη ενεργειακή απόδοση.
