Спектрометр размером с песчинку: ИИ и наноструктуры заменят громоздкое лабораторное оборудование

Исследователи из Калифорнийского университета в Дэвисе представили миниатюрный спектрометр размером с песчинку, который использует искусственный интеллект и наноструктуры для анализа света. Устройство может интегрироваться в портативные гаджеты для диагностики болезней, проверки качества пищи и мониторинга загрязнений.

Традиционные спектрометры, раскладывающие свет в спектр с помощью призм, громоздки. Новая разработка использует другой принцип: 16 кремниевых детекторов с фотон-улавливающей текстурой поверхности (PTST) улавливают свет в видимом и ближнем инфракрасном диапазоне, а нейросеть расшифровывает исходный спектр по их закодированным сигналам.

Ключевая инновация — наноструктуры на поверхности детекторов, которые заставляют фотоны ближнего ИК-диапазона (до 1100 нм) рассеиваться в тонком слое кремния, повышая его чувствительность в этой важной для биомедицинской визуализации области.

Искусственный интеллект решает «обратную задачу», восстанавливая спектр с высоким разрешением (около 8 нм) из зашумлённых данных с детекторов, полностью устраняя необходимость в объёмной оптике. Система площадью 0,4 кв. мм обладает высокой чувствительностью и устойчивостью к помехам.

Эта технология открывает путь к созданию компактных устройств для гиперспектрального анализа в реальном времени, которые можно будет использовать в портативных медицинских приборах и системах экологического мониторинга.

Источник: SPIE