Kolory w ciemności? Naukowcy pokazują technologię, która może wywrócić do góry nogami rynek kamer termowizyjnych
Wyobraź sobie nocne zdjęcia, na których ciepło nie jest już wyrażone w zielonkawych plamach, ale przedstawione w pełnej palecie barw. Nie jako „trochę jaśniejsze, trochę ciemniejsze”, ale jako realne, czytelne kolory, które mózg interpretuje tak samo naturalnie jak zwykłe światło widzialne. To efekt badań, które mogą być jednym z najciekawszych przełomów w obrazowaniu podczerwieni od lat.
Dlaczego w ogóle nie widzimy podczerwieni?
Ludzki wzrok ma swoje granice. Fotony o długości fali powyżej ok. 700 nm nie mają wystarczającej energii, by uruchomić reakcję chemiczną w fotoreceptorach. To oznacza, iż ponad połowa energii słonecznej – ta w podczerwieni – jest dla nas kompletnie niewidoczna. Dlatego klasyczne noktowizory nie próbują „pokazać IR tak jak jest”, tylko zamieniają je na odcienie zieleni. W praktyce dostajemy obraz, który jest bardziej interpretacją niż odwzorowaniem.
Problem w tym, iż ludzkie oko jest znacznie lepsze w rozróżnianiu kolorów niż subtelnych różnic jasności. Stąd pomysł: zamiast pokazywać IR jako jaśniej/ciemniej, może da się pokazać je jako różne kolory?
Chiński zespół twierdzi, iż się da. I pokazuje działający prototyp
Badacze z Beijing Institute of Technology stworzyli urządzenie, które łączy dwie technologie: koloidalne kropki kwantowe z tellurku rtęci oraz dwuwarstwowy OLED. Pierwsza warstwa „łapie” podczerwień, druga zamienia ją na światło widzialne. Klucz tkwi w tym, iż kropki kwantowe mają odrębne poziomy energetyczne – różne długości fali IR wzbudzają różne przejścia elektronów, co daje różne sygnały wyjściowe.
OLED ma dwie warstwy: jedną emitującą czerwone światło, drugą emitującą cyjan. Między nimi znajduje się bariera energetyczna o wysokości ok. 0,82 eV. Gdy sygnał z kropek kwantowych jest słaby (np. długofalowa, słaba podczerwień) to aktywuje się tylko warstwa czerwona. Gdy sygnał rośnie – bo IR jest intensywniejsza lub krótsza – elektrony zaczynają „przeskakiwać” do warstwy cyjan. W efekcie kolor zmienia się płynnie, a nie skokowo.
Konwerter podczerwieni do pełnego koloru może być stosowany jako okulary noszone na ciele oraz nowej generacji fotoreceptor siatkówkiTo nie jest proste mapowanie „IR → kolor według tabelki”, a coś znacznie użyteczniejszego – fizyczna reakcja materiałów, która koduje zarówno długość fali, jak i intensywność światła.
Według autorów urządzenie pozwala rozróżniać różnice mocy promieniowania IR choćby 200 razy subtelniejsze niż klasyczne, monochromatyczne noktowizory.
Ten pierwszy prototyp to kolorowe okulary do podczerwieni
Naukowcy zbudowali prototyp w formie okularów. Waży 23 gramy, ma aktywny obszar widzenia o powierzchni 3,57 cm² i jest półprzezroczysty – czyli można patrzeć jednocześnie na światło widzialne i na „nałożony” obraz IR. W testach urządzenie pokazywało ostre, kolorowe obrazy obiektów oświetlonych krótkofalową podczerwienią. Widać było litery, kształty liści, ruchome obiekty.
To nie pozostało sprzęt, który założysz na nocny spacer po lesie. Ale to już nie jest też laboratoryjna ciekawostka a działający, fizyczny prototyp.
Czy to działa na żywych organizmach? Tak – i to jest najbardziej futurystyczny fragment badań
Naukowcy sprawdzili, czy „przekolorowana” podczerwień może pobudzać biologiczne układy wzrokowe. Najpierw na poziomie komórkowym – użyli neuronów z kanałorodopsyną, która reaguje na niebieskie światło. Okazało się, iż sygnał z urządzenia faktycznie wywołuje prąd w komórkach.
Potem przeszli do testów na organizmach. Myszom i ludziom pokazywano ekran LED oświetlany impulsami IR. Bez urządzenia – zero reakcji. Z urządzeniem – wyraźne sygnały w EEG (u myszy) i ERG (u ludzi).
To oznacza, iż technologia może być w przyszłości użyta jako element protez wzroku. Na razie to tylko wczesne eksperymenty, ale kierunek jest jasny: podczerwień można „przetłumaczyć” na język, który rozumie ludzki układ nerwowy.
Brzmi pięknie. A gdzie haczyki?
Jest ich kilka – i są poważne.
Po pierwsze, testy odbywały się w warunkach laboratoryjnych. Prototyp radzi sobie świetnie z prostymi wzorcami, ale nie wiemy, jak zachowa się w realnym świecie, gdzie podczerwień odbija się od wszystkiego, miesza z różnymi źródłami ciepła i ma złożone widmo.
Po drugie, OLED potrzebuje zasilania. To nie jest pasywna soczewka, tylko miniaturowy wyświetlacz.
Po trzecie, tellurek rtęci to ciężki metal. Nie ma jeszcze badań o długotrwałej ekspozycji skóry na ten materiał, a tym bardziej o implantach.
Po czwarte, implanty wzroku to zupełnie inna liga trudności. To, iż pojedyncze neurony reagują na światło z urządzenia, nie oznacza, iż da się w najbliższych latach stworzyć „bioniczne oko IR”.
Technologia jest na etapie „fascynującego prototypu”. Nie ma jeszcze komercyjnych zastosowań, nie ma miniaturyzacji, nie ma odpowiedzi na kwestie bezpieczeństwa. Ale jeżeli kolejne zespoły potwierdzą wyniki, a materiały zostaną dopracowane, to za kilka lat możemy zobaczyć pierwsze urządzenia, które pokażą nam świat w podczerwieni tak, jak nigdy wcześniej go nie widzieliśmy. Nie jako zielone plamy. Nie jako „cieplej/zimniej”. Ale jako pełnoprawny, kolorowy obraz.
