Новости

May 23, 2024

Tricorder Tech: использование смартфона в качестве кайфа

Исследователи SMART создают самый маленький в мире светодиодный и голографический микроскоп, который позволяет превращать существующие камеры мобильных телефонов в микроскопы высокого разрешения.

Исследователи SMART создают самый маленький в мире светодиодный и голографический микроскоп, который позволяет превратить существующие камеры мобильных телефонов в микроскопы высокого разрешения.

Исследователи из сингапурских междисциплинарных исследовательских групп (IRG) по революционным и устойчивым технологиям сельскохозяйственной точности (DiSTAP) и критической аналитики для производства персонализированной медицины (CAMP) и Альянса исследований и технологий MIT (SMART), исследовательского предприятия MIT в Сингапуре. разработала самый маленький в мире светодиод (светоизлучающий диод), который позволяет превращать существующие камеры мобильных телефонов в микроскопы высокого разрешения.

Новый светодиод, меньший длины волны света, был использован для создания самого маленького в мире голографического микроскопа, открыв путь для преобразования существующих камер в повседневных устройствах, таких как мобильные телефоны, в микроскопы путем лишь модификации кремниевого чипа и программного обеспечения. Эта технология также представляет собой значительный шаг вперед в миниатюризации диагностики для домашних фермеров и устойчивого сельского хозяйства.

Этот прорыв был дополнен разработкой исследователями революционного алгоритма нейронной сети, который способен реконструировать объекты, измеренные с помощью голографического микроскопа, что позволяет расширить возможности исследования микроскопических объектов, таких как клетки и бактерии, без необходимости использования громоздких обычных микроскопов или дополнительной оптики. Исследование также прокладывает путь к значительному прогрессу в фотонике – созданию мощного встроенного в кристалл эмиттера размером менее микрометра, что уже давно является проблемой в этой области.

Свет в большинстве фотонных чипов исходит от внешних источников, что приводит к низкой общей энергоэффективности и фундаментально ограничивает масштабируемость этих чипов. Чтобы решить эту проблему, исследователи разработали встроенные в кристалл эмиттеры с использованием различных материалов, таких как стекло, легированное редкоземельными элементами, Ge-on-Si и гетерогенно интегрированные материалы III – V. Хотя эмиттеры на основе этих материалов показали многообещающие характеристики устройств, интеграция процессов их изготовления в стандартные дополнительные платформы металл-оксид-полупроводник (КМОП) остается сложной задачей. В то время как кремний (Si) показал потенциал в качестве материала-кандидата для наноразмерных и индивидуально управляемых эмиттеров, эмиттеры Si страдают от низкой квантовой эффективности из-за непрямой запрещенной зоны, и этот фундаментальный недостаток в сочетании с ограничениями, налагаемыми доступными материалами и инструментами изготовления, препятствует реализация небольшого родного Si-эмиттера в КМОП.

В недавно опубликованной статье Nature Communications под названием «Субволновой кремниевый светодиод, интегрированный в КМОП-платформу» исследователи SMART описали свою разработку наименьшего из известных кремниевых излучателей с интенсивностью света, сравнимой с интенсивностью света современного кремниевого излучателя. излучатели с гораздо большей площадью излучения. В рамках связанного с этим прорыва исследователи SMART также представили свою конструкцию новой необученной архитектуры глубокой нейронной сети, способной реконструировать изображения с голографического микроскопа, в статье под названием «Одновременное спектральное восстановление и КМОП-микро-светодиодная голография с необученной глубокой нейронной сетью». недавно опубликовано в журнале Optica.

Новый светодиод, разработанный исследователями SMART, представляет собой светодиод субволнового масштаба с интегрированной КМОП-матрицей при комнатной температуре, обладающий высокой пространственной интенсивностью (102 ± 48 мВт/см2) и наименьшей площадью излучения (0,09 ± 0,04 мкм2) среди всех известных Si-эмиттеров в мире. научная литература. Чтобы продемонстрировать потенциальное практическое применение, исследователи затем интегрировали этот светодиод в линейный полностью кремниевый голографический микроскоп сантиметрового масштаба, не требующий линз или точечных отверстий, что является неотъемлемой частью области, известной как безлинзовая голография.

Часто встречающимся препятствием в безлинзовой голографии является вычислительная реконструкция отображаемого объекта. Традиционные методы реконструкции требуют детального знания экспериментальной установки для точной реконструкции и чувствительны к трудно контролируемым переменным, таким как оптические аберрации, наличие шума и проблема двойного изображения.