Чипът Yuheng може да улови спектрите на 5600 звезди в едно изображение.

Екип от учени от Университета Цинхуа (Tsinghua University) представи оптичния чип Yuheng, наричан още Rafael, който е в състояние да вижда света и звездите с прецизност, недостъпна за традиционните камери и спектрометри. Устройството е не по-голямо от нокът, но може да анализира светлината в реално време с лабораторна точност.

Според изследователите чипът осигурява спектрална яснота 100 пъти по-висока от конвенционалните системи за моментално заснемане на изображения и може да различава цветове, разделени от по-малко от една десета от нанометъра.

Авторите на статията отбелязват, че техният метод за „високопроизводителен и лесно интегриран спектрален анализ“ може да допринесе за развитието на изследвания в области като материалознанието и астрофизиката. Потенциалът на Yuheng е огромен: например, той би могъл да ускори картографирането на Млечния път – процес, който обикновено би отнел хилядолетие – до по-малко от десетилетие.

Пробивът се основава на преосмислянето на фундаментална задача на оптиката. Обикновено устройствата за анализ на светлината разделят потока на спектър от цветове, което изисква обемисти конструкции и намалява интензивността на светлината. Този компромис между разделителна способност и ефективност отдавна възпрепятства разработването на компактни и точни устройства.

Учените са поели по различен път: вместо физически да разделя лъчите, Yuheng предава цялата светлина наведнъж, създавайки уникален интерферентен модел вътре. Използва се кристал от литиев ниобат, който променя посоката на светлината под въздействието на електрическо напрежение, а специални алгоритми възстановяват първоначалния спектър.

В резултат на това устройството запазва 73% от светлинната трансмисия и работи с 88 кадъра в секунда, съчетавайки висока резолюция, яркост и скорост. Според авторите RAFAEL е способен да заснема спектри с резолюция под гангстрьом и да получава данни за 5600 звезди с един кадър, което означава 100-10 000 пъти по-голяма ефективност на наблюденията в сравнение със сегашните астрономически спектрометри.

Изследователите наричат Yuheng стъпка към създаването на миниатюрни устройства, способни да изпълняват сложни оптични задачи. В медицината тези чипове биха могли да се използват за неинвазивен анализ на тъканите, което ще помогне за ранното откриване на заболяванията.

В промишлеността и околната среда микрочипът може да се използва в дроновете за наблюдение на състоянието на почвата и замърсяването, както и в безпилотните превозни средства за по-точно разпознаване на пътните повърхности и обектите при сложно осветление.

В областта на астрономията екипът планира да тества Yuheng на Gran Telescopio Canarias в Испания, най-големия оптичен телескоп с едно огледало в света. С него изследователите искат да изучават звездите, галактиките, тъмната материя и черните дупки по-ефективно от всякога.

Засега технологията остава експериментална: разработчиците продължават да подобряват стабилността и възможностите за интеграция. Пълният текст на изследването е публикуван в списание Nature.