Datan prosessointi valolla elektronien sijaan tekisi tietokoneista nopeampia, kevyempiä ja energiatehokkaampia. Mutta miten toteuttaa valon käsittelyä mikrosirujen sisällä? Amerikkalaisen Vanderbiltin yliopiston tutkijaryhmä löysi ongelmaan yhden osaratkaisun korkeakoulutason fysiikan opiskelijoille tutusta kaavasta. Ratkaisu oli niin yksinkertainen ja tyylikäs, että arvostelijoiden oli vaikea sitä uskoa.
Professori Sharon Weiss, tohtorikoulutettava, Shuren Hu ja IBM TJ Watsonin tutkimuskeskuksen sekä Troyesin teknisen korkeakoulun kollegat ranskasta julkaisivat todistuksen Science Advances -lehdessä. He kehittivät solmukemaisen dielektrisen fotonisen kiderakenteen, joka keskittää valoa tehokkaasti alle aallonpituuksien mittoihin pienillä häviöillä.
Tutkimus tukeutui Maxwellin yhtälöihin, jotka kuvaavat kuinka valo etenee avaruudessa ja ajassa. Näistä yhtälöistä käytettiin kahta periaatetta ja käytetyn materiaalin reunaehtoja soveltamalla piistä rakennettiin solmukemainen nanorakenne.
- Uudessa tutkimuksessa on todella erikoista se, että solmukkeen muodon käyttö keskittää valoa niin, että pieni määrä syöttövaloa vahvistuu hyvin pienellä alueella. Pienellä tehonkäytöllä voimme käyttää sitä informaation manipuloimiseen tietokonesiruilla, toteavat tutkijat saavutuksestaan.
Utahin yliopiston sähkö- ja atk-insinöörit ovat puolestaan lähteneet toiseen suuntaan ja löytäneet keinon luoda ilman optiikkaa toimivan kameran, jossa tavallinen lasilevy tai ikkuna voisi toimia linssinä.
Professori Rajesh Menon toteaa, että kameroita kehitetään käsityksellä, jonka mukaan ihmiset katselevat ja tulkitsevat kuvia. Mutta, hän kysyy, voisiko kehittää kameran, jota algoritmi voi tulkita tietokoneella? - Miksi emme suunnittelisi alusta asti kameroita, jotka on optimoitu koneille eikä ihmisille, hän kysyy?
Jos normaali digitaalikamera on kohdistettu kohteeseen ilman objektiivia, syntyy kuva, joka näyttää pikselimössöltä. Mutta siinä on vielä riittävästi digitaalista informaatiota kohteen havaitsemiseen, jos tietokoneohjelma on koulutettu tunnistamaan sen.
Linssittömän kameran sovellukset voivat olla lähes rajattomia. Turvallisuuskamerat voitaisiin rakentaa kotiin rakennusvaiheessa käyttämällä ikkunoita linsseinä. Ja auton tuulilasissa voi olla useita kameroita pitkin reunoja keräämässä enemmän informaatiota.
Veijo Hänninen
Nanobittejä 31.8.2018
