Учёные из Университета Цинхуа (Tsinghua University, Китай) разработали уникальный оптический чип под названием Yuheng (или Rafael), который способен анализировать свет с невероятной точностью. Прибор, не превышающий размером человеческий ноготь, показывает результаты, сопоставимые с крупными лабораторными спектрометрами, и даже превосходит их по скорости и разрешению.
По данным исследователей, точность спектрального анализа Yuheng в 100 раз выше, чем у традиционных камер и спектральных сенсоров. Он способен различать оттенки, отличающиеся менее чем на десятую долю нанометра — показатель, ранее достижимый лишь в громоздких лабораторных установках.
Учёные считают, что новая технология может привести к прорывам в самых разных областях — от астрофизики до материаловедения. Например, картографирование Млечного Пути, которое обычно заняло бы тысячелетие, с помощью такого чипа может быть завершено всего за несколько лет.
Как работает Yuheng
Ключ к успеху китайских инженеров — в изменении самого принципа спектрального анализа. Обычные устройства разделяют падающий свет на «радугу» длин волн, но чем выше точность разделения, тем больше света теряется, а сами приборы становятся громоздкими и сложными.
Команда из Цинхуа пошла по другому пути. Вместо физического разделения света чип Yuheng пропускает его целиком, создавая внутри устройства уникальный оптический «отпечаток». Этот отпечаток формируется благодаря случайным интерференционным паттернам и кристаллу ниобата лития, который изменяет путь лучей под действием электрического напряжения.
Полученные данные мгновенно расшифровываются с помощью продвинутых алгоритмов искусственного интеллекта, восстанавливающих полный спектр света в реальном времени.
Результаты впечатляют:
- 73% светопропускания — большая часть света сохраняется;
- 88 кадров в секунду — высокая скорость обработки;
- сверхвысокое цветовое разрешение без потери яркости.
По словам авторов, чип способен за один снимок зафиксировать спектры до 5600 звёзд с точностью, недостижимой для существующих телескопов, улучшив эффективность наблюдений в 100–10 000 раз.
Почему это важно
Создание Yuheng открывает путь к новой эпохе в оптических исследованиях.
Микрочип сочетает миниатюрность, энергоэффективность и высочайшую точность, что делает его потенциально универсальным инструментом.
- В медицине — устройство может использоваться для неинвазивного анализа тканей и раннего выявления заболеваний.
- В экологии и сельском хозяйстве — дроны с таким чипом смогут определять загрязнение или качество почвы.
- В транспорте — беспилотники и умные автомобили получат возможность лучше различать объекты при сложных условиях освещения.
- В астрономии — учёные уже планируют протестировать Yuheng на Гран-Телескопе Канарияс (Испания), чтобы изучать звёзды, галактики, тёмную материю и чёрные дыры.
Хотя технология пока находится на ранней стадии развития, команда из Университета Цинхуа работает над повышением стабильности и адаптацией чипа для массового использования.
Исследование опубликовано в журнале Nature.
