حتماً برات جالب بوده که بعضی دستگاهها چطور میتونن مواد مختلف رو فقط با تابوندن یه نور ساده بشناسن و همه چیزش رو بفهمن! خب، این کار رو یه دستگاه به اسم “طیفسنج” انجام میده. طیفسنجها ابزاریان که بررسی میکنن نور وقتی به مواد مختلف میخوره چه واکنشی نشون میده، و از روی همون میفهمن اون ماده چه ترکیبی داره یا اصلاً چی هست! این دستگاهها تو پزشکی، پایش محیط زیست (یعنی کنترل و بررسی وضعیت هوا و آب و …)، فضانوردی، کنترل کیفیت محصولات و کلی جاهای دیگه استفاده میشن.
ولی همیشه یه مشکل بزرگ داشتن: طیفسنجها با اینکه باهوش و کاردرستن، اما معمولاً گنده و بزرگان – خیلی بزرگتر از اینکه بشه تو گجتهایی مثل گوشی موبایل جاسازشون کرد.
این مشکل رو بچههای دانشگاه ایالتی کارولینای شمالی (همون North Carolina State University که خلاصهش میشه NC State) حسابی به چالش کشیدن! اونا دست به کار شدن و یه نمونه اولیه (بهش میگن پروتوتایپ) ساختن که فقط چند میلیمتر مربع اندازهشه! یعنی راحت میتونه روی یه گوشی بچسبه یا حتی به اندازه یه پیکسل توی یه آرایه سنسوری بشه.
حالا داستان هیجانانگیزتر میشه: این کوچولوی باهوش میتونه کل نور از فرابنفش گرفته تا نزدیک مادون قرمز رو (یعنی تقریباً همون بازهای که اکثر طیفسنجهای گرون کار میکنن) زیر یک میلیثانیه (یعنی کمتر از ۰.۰۰۱ ثانیه!) تجزیه و تحلیل کنه! تصور کن، یعنی تو یه چشم بههمزدن، اطلاعات کامل نور رو میده!
کل حقه این طیفسنج جدید چیه؟ اومدن یه نوع فتودیود خاص درست کردن که حساسیتش با ولتاژی که بهش میدی تغییر میکنه. فتودیود هم یعنی یه قطعه الکترونیکی که نور رو به جریان برق تبدیل میکنه. بعد، دانشمندا شروع میکنن ولتاژ رو (که انصافاً خیلی هم کم هست، زیر یه ولت) به این فتودیود میدن و هر سری عکسالعملش رو ثبت میکنن. آخرش با یه برنامه ساده کامپیوتری میشه از رو این دادهها یه امضای خیلی دقیق از نور و ماده مورد نظر ساخت! اصلاً نیازی به اون لنزها و آینههای بزرگ و پیچیده یا ولتاژهای بالا (که قبلاً دردسر بودن و جلوی کوچککردن طیفسنج رو میگرفتن) نیست.
یه نکته باحال دیگه اینکه این مینیطیفسنج دقتش اندازه دستگاههای حرفهای بازار بوده! هم از نظر سرعت، هم بازه طولموجهایی که میتونه ببینه، و هم توانایی تشخیصش چیزی کم نداره. یعنی تو آزمایشگاها نشون داده که نسبت به کاری که انجام میده اصلاً شوخی نداره.
اصلاً چرا اینقدر مهمه؟ چون اگر طیفسنج به اندازه یه دکمه کوچیک بشه و مثلاً بشه گذاشتش تو گوشی، کلی کاربرد باحال و کاربردی جلوی پای ما باز میشه! مثلاً میتونی با گوشیات بفهمی خوراکی تازه هست یا نه، یا کیفیت آب لوله رو چک کنی، حتی شاید روزی فقط با یه عکس ساده بهت بگه فلان بیماری داری یا نه! کلاً Spectroscopy یعنی علم بررسی اشیا با تحلیل نور – و اینکه این علم بیاد تو جیب هرکسی، خودش یه انقلاب حساب میشه!
آقای Brendan O’Connor (استاد دانشکده مهندسی مکانیک و هوافضا دانشگاه NC State و نویسنده اصلی مقاله) هم گفته این تازه قدم اوله و برنامه تیمش اینه طیفسنج واقعا کاربران عادی رو صاحب تکنولوژی کنه – یعنی دیگه فقط تو آزمایشگاهها نباشه.
این پروژه با همکاری بچههای دانشکده مهندسی و علوم مواد دانشگاه انجام شده و بودجهش هم از بنیاد ملی علوم (National Science Foundation یعنی یه نهاد علمی بزرگ که به تحقیقات پول میده) و دفتر تحقیقات نیروی دریایی آمریکا اومده.
اگه دنبال جزییات علمیترش هستی یا میخوای مقاله اصلی رو بخونی، این تحقیق با عنوان “Single pixel spectrometer based on a bias-tunable tandem organic photodetector” در مجله Device منتشر شده. خلاصهاش اینه: وقتش رسیده بود طیفسنجهای بزرگ و سنگین جاشونو به یه نسل جدید کوچولو، سریع، کممصرف و خلاق بدن – چیزی که خیلی راحت میتونه آینده گوشیها و سنسورهای ما رو کاملاً متحول کنه!
منبع: +
