Από τις βραδινές διαδρομές μέχρι την πλοήγηση σε ένα σπίτι ή σε ένα πάρκο στο σκοτάδι, υπάρχουν τόσες πολλές καταστάσεις όπου θα ήταν βολικό να φορέσουμε ένα απλό ζευγάρι φακών νυχτερινής όρασης και ο κόσμος που βρίσκεται πέρα από την ανθρώπινη οπτική αντίληψη θα μπορούσε να φωτιστεί όπως ποτέ άλλοτε. Αυτό το όραμα θα μπορούσε να γίνει πραγματικότητα, με μια τεχνολογική ανακάλυψη που θα μπορούσε να προσφέρει αυτή τη δυνατότητα στους καθημερινούς καταναλωτές, με ένα εξαιρετικά λεπτό φιλμ ή φακό πλάτους όσο το περιτύλιγμα μεμβράνης.
Ερευνητές από το ARC Centre of Excellence for Transformative Meta-Optical Systems (TMOS) στην Αυστραλία έχουν ξεκινήσει μια προσπάθεια να καταστήσουν τη νυχτερινή όραση προσιτή και φορητή, καταργώντας τα ογκώδη και ακριβά headsets και τα προσαρτήματα φακών. Οι νέες ανακαλύψεις τους επιτρέπουν σε όλη την πολύπλοκη επεξεργασία του φωτός να λαμβάνει χώρα κατά μήκος μιας απλούστερης, στενότερης διαδρομής, πράγμα που ουσιαστικά σημαίνει ότι η τεχνολογία μπορεί να συσκευαστεί ως μια μεμβράνη νυχτερινής όρασης που ζυγίζει λιγότερο από ένα γραμμάριο και μπορεί να τοποθετηθεί σε υπάρχοντα πλαίσια με φακούς. Ένα καθημερινό ζευγάρι γυαλιών νυχτερινής όρασης, το οποίο θα μοιάζει σχεδόν με τα γυαλιά ανάγνωσης ή οδήγησης, θα μπορούσε να αλλάξει τον τρόπο με τον οποίο εργαζόμαστε και διασκεδάζουμε στα σκοτεινά.
Γιατί, λοιπόν, δεν κυκλοφορούμε ήδη με τα νυχτερινά μας γυαλιά; Η παραδοσιακή νυχτερινή όραση περιλαμβάνει ένα πολύπλοκο σύστημα που βλέπει τα φωτόνια του φωτός να περνούν μέσα από έναν φακό, σε έναν ηλεκτρονικό σωλήνα ενίσχυσης της εικόνας που αποτελείται από δύο σημαντικά μέρη. Πρώτον, η φωτοκάθοδος μετατρέπει τα φωτόνια σε ηλεκτρόνια, τα οποία στη συνέχεια εισέρχονται στην πλακέτα μικροκαναλιών, που αποτελείται από εκατομμύρια οπές για να πολλαπλασιάσουν μαζικά τα ηλεκτρόνια. Στη συνέχεια, τα ηλεκτρόνια καταλήγουν σε μια οθόνη με επικάλυψη φωσφόρου και, όταν προσκρούουν στους φωσφόρους, «λάμπουν» πράσινα, φωτίζοντας τη σκηνή που προβάλλεται μέσω του συστήματος νυχτερινής όρασης. Αυτή η μέθοδος, όπως είναι κατανοητό, θα ήταν αδύνατο να συμπιεστεί επί του παρόντος σε ένα εξαιρετικά λεπτό κομμάτι πλαστικού φιλμ.
Αντ’ αυτού, οι ερευνητές της TMOS χρησιμοποίησαν μια μεταεπιφανειακή τεχνολογία ανοδικής μετατροπής, η οποία ουσιαστικά παρέχει μια ευκολότερη διαδρομή για την επεξεργασία των φωτονίων. Τα φωτόνια ταξιδεύουν μέσω μιας μεταεπιφάνειας συντονισμού, όπου αναμειγνύονται με μια δέσμη αντλίας. Η μη-τοπική μεταεπιφάνεια νιοβικού λιθίου ενισχύει την ενέργεια των φωτονίων και τα τραβάει στο φάσμα του ορατού φωτός χωρίς να χρειάζεται να μετατραπούν πρώτα σε ηλεκτρόνια. Επίσης, δεν απαιτεί κρυογονική ψύξη, η οποία μειώνει τον «θόρυβο» για ευκρινέστερες εικόνες στην παραδοσιακή νυχτερινή όραση, και έτσι μπορεί να καταργήσει ακόμη περισσότερο τον ογκώδη μηχανισμό των γυαλιών νυχτερινής όρασης.
«Τα αποτελέσματα αυτά υπόσχονται σημαντικές ευκαιρίες για τις βιομηχανίες επιτήρησης, αυτόνομης πλοήγησης και βιολογικής απεικόνισης, μεταξύ άλλων», δήλωσε ο επικεφαλής ερευνητής Dragomir Neshev. «Η μείωση του μεγέθους, του βάρους και των απαιτήσεων ισχύος της τεχνολογίας νυχτερινής όρασης είναι ένα παράδειγμα για το πώς η μετα-οπτική, και το έργο που επιτελεί η TMOS, είναι ζωτικής σημασίας για το Industry 4.0 και τη μελλοντική ακραία σμίκρυνση της τεχνολογίας».
Αυτή η νέα τεχνολογία συλλαμβάνει επίσης το ορατό και μη ορατό (ή υπέρυθρο) φως σε μία εικόνα καθώς κοιτάζετε μέσα από τον «φακό». Παραδοσιακά, τα συστήματα νυχτερινής όρασης καταγράφουν δίπλα-δίπλα απόψεις από κάθε φάσμα, οπότε δεν μπορούν να παράγουν πανομοιότυπες εικόνες. Τι σημαίνει αυτό για τον χρήστη; Βασικά, μια καλύτερης ποιότητας εικόνα του τι υπάρχει στο σκοτάδι.
«Αυτή είναι η πρώτη επίδειξη απεικόνισης υψηλής ανάλυσης με μετατροπή προς τα πάνω από το υπέρυθρο φως των 1550 nm στο ορατό φως των 550 nm σε μια μη τοπική μεταεπιφάνεια», δήλωσε ο συγγραφέας Rocio Camacho Morales. «Επιλέξαμε αυτά τα μήκη κύματος επειδή τα 1550 nm, ένα υπέρυθρο φως, χρησιμοποιείται συνήθως για τις τηλεπικοινωνίες και τα 550 nm είναι ορατό φως στο οποίο τα ανθρώπινα μάτια είναι ιδιαίτερα ευαίσθητα. Η μελλοντική έρευνα θα περιλαμβάνει την επέκταση του εύρους των μηκών κύματος στα οποία είναι ευαίσθητη η συσκευή, με στόχο την επίτευξη ευρυζωνικής απεικόνισης με υπέρυθρες ακτίνες, καθώς και τη διερεύνηση της επεξεργασίας εικόνας, συμπεριλαμβανομένης της ανίχνευσης ακμών».
Η τελευταία έρευνα βελτιώνει την προηγούμενη μελέτη τους για τη νυχτερινή όραση με τη χρήση μιας μεταεπιφάνειας αρσενικούχου γαλλίου. Αυτή τη φορά, διαπίστωσαν ότι η μεταεπιφάνεια νιοβικού λιθίου παρείχε πιο αποτελεσματική επεξεργασία του φωτός σε μια ευρύτερη επιφάνεια.
«Οι άνθρωποι έχουν αναφέρει ότι η υψηλής απόδοσης μετατροπή της υπέρυθρης ακτινοβολίας σε ορατή είναι αδύνατη λόγω της ποσότητας των πληροφοριών που δεν συλλέγονται λόγω της γωνιακής απώλειας που είναι εγγενής στις μη τοπικές μεταεπιφάνειες», δήλωσε η επικεφαλής συγγραφέας Laura Valencia Molina. «Ξεπερνάμε αυτούς τους περιορισμούς και επιδεικνύουμε πειραματικά υψηλής απόδοσης μετατροπή εικόνας».
