این LED کوچک، تلفن همراه را به میکروسکوپ تبدیل می کند!
مداربسته: پژوهشگران شرکت «اتحاد پژوهش و فناوری ام آی تی سنگاپور» می گویند LED ساخت آنها که کوچکترین نمونه در نوع خود است، می تواند تلفن همراه هوشمند را به یک میکروسکوپ با وضوح بالا تبدیل کند.
به گزارش مداربسته به نقل از ایسنا و به نقل از نیو اطلس، کوچکترین LED سیلیکونی و میکروسکوپ هولوگرافیک جهان می تواند طیف گسترده ای از کاربردهای بالقوه را همچون تبدیل کردن دوربین تلفن همراه هوشمند به یک میکروسکوپ قابل حمل با وضوح بالا داشته باشد.
فوتونیک، حوزه ای از فناوری است که به نحوه انتقال و خاصیت های فوتون ها مربوط می شود. پیشرفت های حوزه فوتونیک، نوآوری هایی را در طیف گسترده ای از زمینه ها مانند ارتباطات نوری داده ها، تصویربرداری، علوم زیستی و مراقبت های بهداشتی، نورپردازی و نمایشگرها به همراه داشته اند.
بااینکه تراشه های فوتونیک، یک راه طولانی را در حوزه نورپردازی پیموده اند اما ادغام یک ساطع کننده کوچک نور با تراشه(فناوری نور روی تراشه) هنوز باقی مانده است. سازندگان بطور معمول به استفاده از یک منبع نور بیرون از تراشه متوسل می شوند که بازدهی انرژی پایینی دارد و مقیاس پذیری تراشه های فوتونی را محدود می کند.
به لطف پژوهشگران شرکت «اتحاد پژوهش و فناوری ام آی تی سنگاپور»(SMART) که کوچک ترین LED سیلیکونی جهان را ساخته اند، ممکنست ساطع کننده های بدون تراشه به یک فناوری متعلق به گذشته تبدیل شوند. این LED که قدرت آن قابل مقایسه با نمونه های بسیار بزرگ تر LED سیلیکونی است، کمتر از یک میکرومتر عرض دارد.
ادغام ساطع کننده های روی تراشه با پلت فرم های استاندارد «نیمه هادی اکسید-فلزی مکمل»(CMOS) همیشه کار دشواری بوده است. نیمه هادی اکسید-فلزی مکمل، یک مدار مجتمع است که روی یک برد مدار چاپ شده ایجاد می شود و در بیشتر تراشه های امروزی مورد استفاده قرار می گیرد. در تلفن های همراه، نیمه هادی اکسید-فلزی مکمل به عنوان چشم دوربین استفاده می شود.
پژوهشگران در این پروژه، LED سیلیکونی کوچک خودرا در یک گره ۵۵ نانومتری نیمه هادی اکسید-فلزی مکمل و در کنار سایر اجزای فوتونیکی و الکترونیکی قرار دادند. همه این اجزا روی یک تراشه قرار گرفتند.
پژوهشگران برای آزمایش کردن روش استفاده از LED در یک موقعیت واقعی، آنرا در یک میکروسکوپ هولوگرافیک بدون لنز قرار دادند. میکروسکوپ های بدون لنز، کوچک تر و ارزان تر از میکروسکوپ های معمولی هستند برای اینکه به سیستم های پیچیده و دقیق لنز نیاز ندارند. آنها از یک منبع نور برای روشن کردن نمونه استفاده می نمایند. سپس، نور روی یک سنسور دیجیتال نیمه هادی اکسید-فلزی مکمل پراکنده می شود و یک هولوگرام دیجیتالی را به وجود می آورد که توسط کامپیوتر برای تولید تصویر پردازش می شود.
میکروسکوپ هولوگرافیک بدون لنز ممکنست مشکلاتی در بازسازی تصویر داشته باشد. یک بازسازی دقیق بطور معمول به دانش دقیقی در مورد اَپِرچِر و طول موج نور منبع و فاصله نمونه تا سنسور نیاز دارد. پژوهشگران برای مقابله با این مشکل، از یک الگوریتم شبکه عصبی برای بازسازی اشیای مشاهده شده توسط میکروسکوپ هولوگرافیک استفاده کردند. شبکه های عصبی، سیستم های کامپیوتری هستند که از شبکه های مغز انسان تقلید می کنند و با تاکید بر داده های آموزشی برای یادگیری و بهبود دقت به مرور زمان انجام می شوند.
پژوهشگران دریافتند که لنز هولوگرافیک آنها نسبت به میکروسکوپ نوری معمولی، تصاویر دقیق تری را با وضوح بالا ارائه می دهد. آنها وضوح تصاویر لنز هولوگرافیک خودرا تقریباً ۲۰ میکرومتر محاسبه کردند.
بگفته پژوهشگران، نسل بعدی LED و شبکه عصبی یکپارچه نیمه هادی اکسید-فلزی مکمل آنها کاربردهای زیادی خواهد داشت که از میان آنها می توان به بازسازی اشیای میکروسکوپی مانند نمونه های بافت انسانی و دانه های گیاهی اشاره نمود. همچنین، پژوهشگران می گویند که با اصلاح تراشه سیلیکونی و نرم افزار تلفن های همراه هوشمند فعلی می توان بسادگی از این فنآوری در دوربین تلفن های هوشمند بهره برد تا تلفن همراه به یک میکروسکوپ با وضوح بالا تبدیل گردد.
«راجیو رام»(Rajeev Ram)، از پژوهشگران این پروژه اظهار داشت: LED جدید ما علاوه بر پتانسیل بسیار زیاد آن در هولوگرافی بدون لنز، دارای طیف گسترده ای از کاربردهای ممکن دیگر است. این LED می تواند برای کاربردهای تصویربرداری زیستی و سنجش زیستی، همچون میکروسکوپ میدان نزدیک و دستگاه های قابل کاشت نیمه هادی اکسید-فلزی مکمل، ایده آل باشد.
این پژوهش، در مجله «Nature Communications» به چاپ رسید.
این مطلب را می پسندید؟
(1)
(0)
تازه ترین مطالب مرتبط
نظرات بینندگان در مورد این مطلب