Aalto-yliopiston tutkijat ovat kehittäneet pienikokoisen anturin, joka tunnistaa ihmisille näkymättömiä valon ominaisuuksia. Tulevaisuudessa tämä tehokas, mutta edullinen spektrometri voitaisiin integroida vaikkapa esimerkiksi älypuhelimeen. Tällöin älypuhelin voisi diagnosoida sairauksia, havaita väärennettyjä lääkkeitä tai varoittaa pilaantuneesta ruoasta.
Spektrintunnistus on tehokas tekniikka, joka analysoi miten materiaali vuorovaikuttaa valon kanssa paljastaen yksityiskohtia, joita ihmissilmä ei voi nähdä. Perinteisesti tekniikka on vaatinut suuria, kalliita järjestelmiä laboratorioissa ja teollisuudessa.
Aalto-yliopiston tutkijat ovat yhdistäneet pienikokoisen laitteiston ja älykkäät algoritmit luodakseen tehokkaan, pienikokoisen ja kustannustehokkaan työkalun, joka pystyy ratkaisemaan käytännön ongelmia esimerkiksi terveydenhuollossa, elintarviketurvallisuudessa ja autonomisessa ajamisessa.
Tutkimuksen johtaja, professori Zhipei Sun kuvaa anturiratkaisua ”taitelijaksi, joka oppii erottamaan satoja hienovaraisia värisävyjä”. Anturi ’koulutettiin’ kohdistamalla siihen laajavärinen valospektri, jolloin se oppi luomaan ainutlaatuisia sähköisiä sormenjälkiä jokaiselle valotyypille. Sen jälkeen älykäs algoritmi tulkitsee nämä valon eri värien sormenjäljet, minkä ansiosta anturi pystyy tarkasti tunnistamaan materiaalit ja analysoimaan niiden ominaisuuksia valovuorovaikutuksen perusteella.
- Piirimme on koulutettu tunnistamaan monimutkaisia, ihmiselle näkymättömiä valon ominaisuuksia, ja sen tarkkuus on verrattavissa laboratorioissa tyypillisesti käytettäviin suurikokoisiin antureihin, Sun jatkaa.
Perinteiset spektrianturit vaativat suuria optisia komponentteja, kuten prismoja tai hiloja. Tutkijoiden kehittämä pikkuanturi sen sijaan erottelee spektrin sähköisten valovasteidensa avulla, mikä tekee siitä ihanteellisen integroitavaksi pieniin laitteisiin. Tutkijat osoittivat, että laite pystyy tunnistamaan materiaaleja suoraan niiden luminesenssin eli niiden valona vapauttaman energian perusteella, mukaan lukien orgaaniset väriaineet, metallit, puolijohteet ja elektroniikassa eristeinä hyödynnettävät dielektriset aineet.
Merkittävässä innovaatiossa yhdistyvät säädettävät optoelektroniset rajapinnat ja kehittyneet algoritmit, mikä avaa uusia mahdollisuuksia sovelluksille paitsi integroidussa fotoniikassa, myös sen ulkopuolella. Laite on myös kooltaan erittäin pieni – noin 200 kertaa pienempi kuin ihmisen hiuksen poikkileikkaus – ja saavuttaa poikkeuksellisen suuren aallonpituustarkkuuden, jonka ansiosta se pystyy erottamaan tuhansia värejä.
Artikkeli julkaistiin 22. tammikuuta 2025 Science Advances -lehdessä.
Kuva: Tutkijat pitävät kädessään pientä sirua, joka pitää sisällään satoja minikokoisia spektriantureita. Faisal Ahmed, Andreas Liapis / Aalto-yliopisto
