Классические приборы ночного видения показывают мир в оттенках одного цвета — чаще всего зелёного. Яркость передаёт интенсивность инфракрасного излучения, но информация о длинах волн почти полностью теряется. Исследователи из Пекинского технологического института предложили другой подход: прототип, который преобразует инфракрасный свет сразу в цветное изображение.
В основе устройства — квантовые точки теллурида ртути размером всего несколько нанометров. Из-за малых размеров у них возникают дискретные энергетические уровни, поэтому они по-разному реагируют на длину волны и интенсивность входящего инфракрасного излучения. Более длинные волны с меньшей энергией создают меньше носителей заряда, а более короткие и сильные сигналы запускают сложные переходы и генерируют больше зарядов.
Эти сигналы поступают на двухслойный OLED. Один слой излучает красный свет, другой — голубой (циан). Между ними находится энергетический барьер, который регулирует поток заряда. При слабом инфракрасном сигнале устройство выдаёт тусклый красный свет. Когда сигнал усиливается или смещается в сторону более коротких волн, больше заряда преодолевает барьер и активирует голубой слой. В результате появляется смесь цветов и растёт яркость.
Цвет здесь возникает не как результат программной обработки, а напрямую из физики сигнала. По оценкам авторов, такая система может различать гораздо более мелкие различия в мощности инфракрасного излучения, чем традиционные яркостные приборы.
Что показали испытания
Команда собрала лёгкий прототип в форме очков весом 23 грамма. Устройство полупрозрачное, поэтому пользователь видит одновременно обычную картинку и цветное инфракрасное изображение. В контролируемых экспериментах система чётко отображала простые узоры и движущиеся объекты в коротковолновом инфракрасном диапазоне.
Прототип можно настраивать в разных режимах: накладывать инфракрасную информацию поверх обычного зрения или полностью отфильтровывать видимый свет для более «погружающего» режима.
Исследователи также проверили, может ли преобразованный сигнал восприниматься биологическими системами. В лабораторных тестах обработанный инфракрасный свет вызывал реакцию в генетически модифицированных клетках, чувствительных к видимому свету. Дополнительные опыты зафиксировали активность мозга у мышей и реакцию сетчатки у добровольцев. Сам по себе инфракрасный свет таких эффектов не давал.
Ограничения и перспективы
Авторы пишут, что работа «переопределяет инфракрасное зрение», выходя за рамки монохромного подхода, и открывает путь к «следующему поколению зрительных протезов». Однако пока это только прототип. Испытания проводились в контролируемых условиях с простыми высококонтрастными объектами, поэтому поведение системы в сложной реальной обстановке ещё не ясно.
OLED-часть требует внешнего питания, так что устройство больше напоминает носимый дисплей, чем полностью пассивную оптику. Кроме того, теллурид ртути — тяжёлый металл, и вопросы долгосрочной безопасности материала пока не проработаны.
Тем не менее идея уже выглядит интересной: цвет встраивается в сам процесс преобразования инфракрасного сигнала, а не добавляется потом. Если технологию удастся развить, ночное видение может стать значительно информативнее.
