Chip điều khiển hồng ngoại từng pixel cho phép camera phát hiện nhiệt, khí và hóa chất để chụp ảnh, kiểm tra và xử lý.
Các nhà nghiên cứu tại MIT đã phát triển một thiết bị quang học dựa trên chip có khả năng điều khiển ánh sáng hồng ngoại ở cấp độ từng điểm ảnh riêng lẻ, cho phép tạo ra các hệ thống hình ảnh hồng ngoại nhỏ gọn và linh hoạt hơn. Thiết bị này hoạt động như một thấu kính linh hoạt, cho phép các điểm ảnh nhỏ tự điều chỉnh tương tác của chúng với ánh sáng hồng ngoại chiếu vào. Điều này cho phép máy ảnh thay đổi tiêu cự và phát hiện tín hiệu mà không cần bất kỳ bộ phận chuyển động nào.
Thiết bị này sử dụng nguyên lý siêu vật liệu (metasurface), một cấu trúc quang học phẳng với các vi mẫu được thiết kế để điều khiển ánh sáng. Không giống như các siêu vật liệu trước đây chỉ có thể thay đổi các đặc tính quang học trên toàn bộ bề mặt cùng một lúc, thiết kế mới này cho phép điều khiển độc lập từng pixel.
Để đạt được điều này, các nhà nghiên cứu đã sử dụng kiến trúc dạng lưới tương tự như trong công nghệ màn hình, bao gồm hai lớp dây đồng vuông góc với nhau, và một lớp silicon pha tạp nằm bên dưới. Tại điểm giao nhau của mỗi dây, silicon tạo ra nhiệt, làm thay đổi trạng thái của vật liệu đặc biệt này giữa trạng thái tinh thể và trạng thái vô định hình. Sự thay đổi này làm thay đổi cách mỗi điểm ảnh tương tác với ánh sáng hồng ngoại. Các điốt tích hợp trong mỗi điểm ảnh giúp ngăn chặn các dòng điện không mong muốn ảnh hưởng đến các điểm ảnh lân cận.
Các nhà nghiên cứu đã khẳng định rằng thiết kế dạng thanh ngang này có thể hỗ trợ hàng triệu điểm ảnh được điều khiển độc lập đồng thời ngăn ngừa rò rỉ điện, do đó rất phù hợp cho các siêu bề mặt hoạt động kích thước lớn.
Nhóm nghiên cứu đã tạo ra một mảng siêu vật liệu 6x6 pixel bằng cách sử dụng các thiết bị tại MIT.nano và các nhà máy sản xuất chip bán dẫn thương mại. Các thử nghiệm cho thấy các pixel có thể chuyển đổi hoạt động liên tục và hoạt động đáng tin cậy qua nhiều chu kỳ làm việc.
Các nhà nghiên cứu tin rằng việc sử dụng các kỹ thuật sản xuất chip tiêu chuẩn sẽ giúp dễ dàng mở rộng quy mô công nghệ ra khỏi phòng thí nghiệm. Hiện tại, họ đang nỗ lực tăng số lượng điểm ảnh và cải tiến thiết bị để có thể ghi lại dữ liệu hồng ngoại chi tiết hơn.
Các ứng dụng tiềm năng bao gồm chụp ảnh nhiệt, phát hiện khí và hóa chất, giám sát môi trường, quan sát không gian, hệ thống quốc phòng như tầm nhìn ban đêm và điện toán quang học. Vì nhiều phân tử hữu cơ hấp thụ ánh sáng hồng ngoại trung tần, thiết bị này cũng có thể giúp phát hiện các loại khí như metan và propan.
Các nhà nghiên cứu cũng nhìn thấy tiềm năng trong tương lai của công nghệ này trong lĩnh vực điện toán quang học, nơi các siêu bề mặt lập trình được có thể thực hiện một số phép tính trí tuệ nhân tạo bằng cách xử lý dữ liệu trực tiếp bằng ánh sáng thay vì các mạch điện truyền thống.
