Ямкоголовые змеи, в том числе, гремучники и щитомордники, имеют особые органы рядом с ноздрями, которые позволяют им воспринимать инфракрасное излучение от теплых объектов. Благодаря этому они успешно охотятся в полной темноте, различая силуэты добычи по ее тепловому следу. Китайские ученые вдохновились природой и создали искусственную систему зрения, работающую по тому же принципу, — и она способна формировать изображения в разрешении 4K.
Любой объект с температурой выше абсолютного нуля излучает электромагнитные волны. Тепло человеческого тела, например, проявляется в инфракрасном диапазоне с длиной волны, недоступной нашему глазу, — мы видим лишь более короткие волны видимого света. Тепловизоры давно научились улавливать это излучение, однако получение качественных изображений при комнатной температуре до сих пор требовало дорогостоящего криогенного охлаждения.
Система, предложенная специалистами Пекинского технологического института, представляет собой многослойную структуру на восьмидюймовом диске. Первый слой содержит так называемые коллоидные квантовые точки — крошечные наночастицы из ртути и теллура, которые при поглощении инфракрасного излучения высвобождают электрические заряды. Эти заряды проходят через несколько слоев, подавляющих помехи, и попадают в слой органических светодиодов.
Здесь происходит ключевое преобразование: электроны соединяются с «дырками» — отсутствующими электронами, — и выделяющаяся энергия преобразуется фосфоресцентными молекулами в зеленый видимый свет. Затем этот свет регистрируется стандартным CMOS-сенсором, который используется в обычных камерах смартфонов, и формируется изображение.
Благодаря тому что сенсор расположен непосредственно над преобразующим слоем, слабые инфракрасные сигналы фиксируются до того, как их заглушат помехи. Это позволяет обойтись без криогенного охлаждения и делает технологию значительно дешевле существующих систем тепловидения.
Разработка расширяет диапазон видимых человеком длин волн более чем в 14 раз. Камера с такой технологией сможет обнаруживать объекты в тумане, дыму или полной темноте. «Расширенное искусственное зрение в инфракрасном диапазоне сможет работать в любую погоду, днем и ночью, и найдет применение в промышленном контроле, пищевой безопасности, сельском хозяйстве и автономном вождении», — пишут авторы разработки, отмечая, что технология может быть интегрирована в потребительские камеры и смартфоны при относительно низкой стоимости.
Ранее ученые разработали электронный «нос», который находит плесень по запаху.