Smartfon jak trikorder ze Star Treka może w końcu powstać

Nie dziś i nie jutro, ale jesteśmy na dobrej drodze do celu. W naszych głowach kłębi się tylko jedno pytanie. Co da nam umieszczenie spektrometru w smartfonie? Gdy stanie się to możliwe, będzie można zamienić kieszonkowy komputer-telefon w poręczne urządzenie do analizy składu chemicznego. Pomoże zmierzyć ilość cukru we krwi poprzez analizę wydychanego powietrza, pozwoli równieć ocenić czy owoce są dojrzałe, gdy tylko przesuniemy smartfonem nad półką w sklepie. Sprawdzi się również jako detektor toksycznych substancji i w wielu innych dziedzinach. Niczym startrekowy trikorder. Opracowanie technologii, która pozwoli umieścić spektrometr w urządzeniu wielkości smartfona, to cel projektu nanoSPECS, który prowadzony jest na Uniwersytecie Drezdeńskim i w Instytucie Fraunhofera.

Wydawałoby się, że przy odpowiednich nakładach finansowych umieszczenie spektrometru w obudowie smartfonu nie powinno stanowić problemu. A jednak, konstrukcja tego typu urządzeń, choć prosta w założeniu, nie pozwala na tak daleko posuniętą miniaturyzację. Chyba że uda się opracować odpowiednią technologię. Wspomniany projekt nanoSPECS ma umożliwić masową produkcję w technologii cienkiej warstwy (thin film) minispektometrów.

By odpowiednio filtrować i wzmacniać sygnał niesiony przez rejestrowane fotony, naukowcy chcą zastosować siatkę anten utworzoną przez metaliczne nanodruciki. Nanoanteny dzięki manipulacji ich rozmiarami i materiałem, z którego je wykonano, będzie można dostroić do detekcji różnej długości fal. Na wejściowym zdjęciu widać druciki ze złota, które mają 30 nm średnicy i około 100 nm długości.

Ostateczną detekcją sygnału w minispektrometrze zajmie się sensor CCD/CMOS. I w zasadzie to rozmiar tego elementu limituje rozmiar całego detektora. W porównaniu ze zwykłą matrycą aparatu cyfrowego w smartfonie, która widzi zwykle tylko trzy kolory RGB, technologia minispektrometrów pozwoli sensorowi CCD/CMOS rejestrować światło w szerokim zakresie, od ultrafioletu do podczerwieni, z bardzo dużą rozdzielczością spektralną. W uproszczeniu, będzie możliwe rozpoznanie bardzo dużej liczby barw, które pozwolą określić, z jaką substancją czy materiałem mamy do czynienia.

Trikorder ze Star Treka. Technologie z tej serii filmów, niezależnie od tego czy jesteśmy jej miłośnikami czy nie, inspirowały i będą inspirować.

Najbardziej obiecującą cechą opisanych spektrometrów oprócz ich niewielkich rozmiarów jest brak jakichkolwiek ruchomych części i łatwość wdrożenia do masowej produkcji. Zespół nanoSPECS spodziewa się, że za trzy lata będzie gotowy wytwarzać siatki anten na 8” waflach.

Technologia nanodrucików może przynieść również inne korzyści. Na przykład wykorzystanie ciepła naszego ciała w celu generowania energii na zasadzie zjawiska termoelektrycznego. To nie jest fantazja, podobna technologia o nazwie Power Felt kierowana właśnie do mobilnych urządzeń już istnieje.

Źródło: Instytut Fraunhofera, Drezdeński Uniwersytet Techniczny