據(jù)麥姆斯咨詢報道,就像有些蛇通過感知紅外輻射,可以在夜間“看見”一切,中佛羅里達(dá)大學(xué)(University of Central Florida,簡稱“UCF”)的研究人員正致力于仿生蛇類視覺,不斷提高夜視相機(jī)的靈敏度。
增強(qiáng)夜視相機(jī)的性能將有可能改善其用于太空探索、化學(xué)和生物災(zāi)區(qū)以及戰(zhàn)場時,可觀測到的內(nèi)容信息。
最近,UCF研究人員在《自然通訊》(Nature Communications)雜志發(fā)表了他們在夜視研究方面的最新進(jìn)展。
UCF納米技術(shù)中心副教授Debashis Chanda是此項研究的首席研究員,他介紹:“憑借我們開發(fā)的紅外探測器,您可以在黑暗中,從被觀察的物體上獲取更多的信息。”
“比如,在夜間,你帶著夜視鏡看某人,由于人身體散發(fā)紅外輻射,你可以看到他全身的紅外影像。在他身上可能隱藏著武器,該武器可發(fā)出不同波長的紅外光,但是即便是使用當(dāng)前市面上昂貴的低溫制冷型紅外相機(jī),你也無法看到它。”
然而,Chanda和他的團(tuán)隊開發(fā)的紅外探測器不需要用液氮將其冷卻到零下196攝氏度,就具有足夠的靈敏度以探測不同的紅外波長。其次,它的運(yùn)行速度也比現(xiàn)有的夜視相機(jī)快很多,雖然后者不需要冷卻,但是處理圖像的速度較慢。
在電磁光譜中,人眼可以感知的光波長大約為400至700納米,這就是所謂的可見光譜。在這項研究中,Chanda和他的團(tuán)隊研究的是更長的波長,擴(kuò)展到大約16000納米的紅外光區(qū)。
UCF開發(fā)的紅外探測器能夠在人眼不可見的紅外區(qū)域辨別不同的波長。因此,它可以根據(jù)其發(fā)射波長的不同分辨出不同的物體。
當(dāng)前的夜視相機(jī)無法基于紅外輻射波長的不同來區(qū)別物體,而只能將所有波長聚集在一起,因此透過紅外鏡頭,即使是幾個不同的物體,也只能看到一個整體。
Chanda表示:“這項研究首次真正實現(xiàn)了可動態(tài)調(diào)整的紅外探測器光譜響應(yīng),或者換句話說,你可以選擇想要看到的紅外'顏色'。”Chanda還說道:“有了這項新技術(shù),除了標(biāo)準(zhǔn)的夜視顏色(綠色、橙色或黑色)外,我們還可以指定其它的紅外‘顏色’來代表反射不同波長的紅外光的物體。”
對天文學(xué)家而言,這意味著將有可能使用新的望遠(yuǎn)鏡查看到以前在紅外波段看不見的信息;在化學(xué)和生物災(zāi)區(qū),這意味著可以通過拍照對區(qū)域內(nèi)的氣體進(jìn)行光譜分析來監(jiān)測污染物,比如根據(jù)紅外光與化學(xué)分子的特定吸收,判斷是否有一氧化碳或二氧化碳等。
開發(fā)這種高靈敏度、非制冷的新型紅外探測器的訣竅在于,將二維納米材料石墨烯改造成可以導(dǎo)電的材料。研究人員將這種材料設(shè)計成不對稱結(jié)構(gòu),這樣當(dāng)吸收的光照射到材料的不同部分時就會產(chǎn)生溫差,溫差導(dǎo)致電子從一邊流向另一邊,從而產(chǎn)生電壓。
UFC納米科學(xué)技術(shù)中心、光學(xué)和光子學(xué)學(xué)院和物理系教授Michael N. Leuenberger,是該研究的共同作者,他開發(fā)的模型也驗證了這個過程。研發(fā)人員通過一次一個像素來測試紅外探測器捕捉圖像的能力。
雖然目前該紅外探測器的商業(yè)化尚需時日,但相信終有一天會集成于相機(jī)和望遠(yuǎn)鏡中。