Vědci z Kalifornské univerzity v Davisu představili spektrometr na čipu tak malý, že se blíží velikosti zrnka písku
Vygenerováno v Nano Banana Pro
Věda
Konec obřích laboratorních přístrojů? Američané vytvořili AI spektrometr na mikročipu
Analýza chemického složení materiálů dnes obvykle znamená velké laboratorní přístroje za miliony korun. Vědci z Kalifornské univerzity v Davisu teď ale představili spektrometr na čipu tak malý, že se blíží velikosti zrnka písku. Místo optiky přitom sází hlavně na umělou inteligenci.
bac
Když dnes vědci nebo lékaři potřebují analyzovat chemické složení materiálu, obvykle sáhnou po spektrometru. Technologie, která rozkládá světlo na jednotlivé vlnové délky, se používá od medicíny přes kontrolu potravin až po monitorování znečištění.
Má to ale háček.Tradiční spektrometry bývají velké, drahé a špatně miniaturizovatelné. Fungují totiž na poměrně starém principu: světlo se pomocí hranolů nebo optických mřížek rozkládá na jednotlivé barvy a senzory následně měří intenzitu jednotlivých vlnových délek.
To vyžaduje prostor. Právě proto dnes spektrometry často připomínají spíš laboratorní zařízení než něco, co by se dalo nosit v kapse nebo integrovat do běžné elektroniky.
Vědci z University of California ale přišli s radikálně jiným řešením. Ve studii publikované v časopise Advanced Photonics popsali spektrometr na čipu o velikosti přibližně zrnka písku.
A hlavní roli v něm hraje umělá inteligence. Nový systém totiž úplně opouští klasické optické rozkládání světla. Místo něj využívá šestnáct speciálně upravených křemíkových detektorů, z nichž každý reaguje na dopadající světlo trochu jinak.
Samostatně přitom jednotlivé senzory nedávají úplný obraz. Teprve dohromady vytvářejí zakódovanou směs informací, kterou následně analyzuje neuronová síť. Jinými slovy: čip světlo přímo „nevidí“ klasickým způsobem. AI ho dopočítává.
Výzkumníci přirovnávají celý princip ke skupině degustátorů, z nichž každý zachytí jen část chuti složitého nápoje. Teprve dohromady ale dokážou rekonstruovat celý profil.
Právě neuronová síť pak řeší takzvaný inverzní problém — tedy zpětnou rekonstrukci skutečného spektra světla z nepřímých a zašuměných dat.
Výsledkem je přesnost kolem osmi nanometrů bez potřeby velké optiky. A to je na zařízení o velikosti 0,4 milimetru čtverečního mimořádně zajímavé.
Velkým průlomem je i práce s infračerveným světlem.
Klasické křemíkové senzory mají problém zachytit blízké infračervené záření, které je důležité například pro biomedicínské zobrazování. Infračervené světlo totiž proniká hlouběji do lidské tkáně než běžné viditelné spektrum.
Tým z univerzity Davis proto povrch senzorů upravil speciální strukturou, která světlo uvnitř čipu opakovaně rozptyluje a zvyšuje pravděpodobnost jeho zachycení.
Čip navíc zvládá i extrémně rychlá měření interakcí mezi světlem a materiálem. To může otevřít cestu k novým typům senzorů nebo zobrazovacích technologií, které dosud vyžadovaly mnohem větší a dražší zařízení.
