În anul 1927, termenul „element de imagine”, care a fost ulterior prescurtat în „pixel”, a fost utilizat pentru prima dată în revista americană de tehnologie Wireless World. În prezent, pixelii se găsesc peste tot: în display-urile computerelor și televizoarelor, generând imagini colorate, dar și în aparatele foto și video, captând lumina pentru a produce fotografii. Până acum, un pixel putea realiza doar una dintre aceste funcții: fie controla lumina, fie o analiza. Însă acum a fost inventat un nou tip de pixel.
O echipă de cercetători condusă de David Norris, profesor la Laboratorul de Inginerie a Materialelor Optice la ETH Zurich (Elveția), a reușit să dezvolte pentru prima dată un nou tip de pixel capabil să îndeplinească ambele funcții simultan. Acesta poate controla și analiza lumina, gestionând nu numai intensitatea acesteia, ci și faza oscilațiilor și polarizarea. În viitor, această tehnologie ar putea permite crearea unor dispozitive hibride care combină funcțiile unei camere cu cele ale unui ecran într-un singur aparat.
Această descoperire, publicată în revista Nature, se bazează pe un fenomen fizic de bază numit interferența undelor luminoase. Atunci când lumina este dispersată de o suprafață, undele provenite din diverse puncte se suprapun. În funcție de forma suprafeței, acestea pot să își amplifice intensitatea reciproc sau să se anuleze.
A fost dezvoltat un nou tip de pixel. Cum funcționează?
Cercetătorii valorifică acest efect prin modelarea unor suprafețe microscopice cu o precizie de câțiva nanometri. Pixelul transformă inițial lumina incidentă într-o undă de suprafață care se propagă pe cip, apoi o reconvertește în lumină într-un alt punct al structurii. Prin interferența rezultată, se pot crea imagini și modela lumini, calculându-le cu ajutorul analizei matematice Fourier.
„În afara intensității luminii, adică a zonelor luminoase și întunecate care compun imaginile, pixelii noștri Fourier pot controla și alte proprietăți ale undelor luminoase, precum polarizarea”, explică doctorandul Yannik Glauser, citat de TechXplore.
Polarizarea descrie direcția în care oscilează câmpul electric al luminii, iar cercetătorii pot genera aproape orice tip de polarizare prin combinarea mai multor unde de suprafață. De asemenea, pot controla cu precizie faza undelor și pot produce fascicule speciale de lumină, cu un gol în centru, asemănătoare unei gogoși. Întregul proces funcționează și pentru lungimi de undă variate, permițând generarea imaginilor colorate.
Aplicații potențiale în diverse domenii
Noua tehnologie nu se limitează doar la controlul luminii, ci și la analiza acesteia. „Putem utiliza principiul interferenței și analiza Fourier în mod invers pentru a examina lumina cu ajutorul pixelului Fourier”, afirmă cercetătorul postdoctoral Sander Vonk. De exemplu, prin suprapunerea luminii analizate cu o undă de referință, oamenii de știință pot determina faza și starea de polarizare pe baza modelului de interferență captat de o cameră.
Conform lui Norris, aceste noi tipuri de pixeli ar putea avea aplicații într-o varietate extrem de mare de tehnologii, de la televizoare și camere de telefoane mobile la comunicațiile prin fibră optică.
Mai mult, deoarece undele de suprafață pot efectua calcule direct pe materialul pixelului, este posibil ca, în viitor, dispozitivul să reacționeze instantaneu la imaginile captate și să genereze modele luminoase fără a necesita intervenția unui computer. Un obiectiv mai apropiat este dezvoltarea unei matrice compusă din numeroși pixeli Fourier, care ar putea sta la baza unor camere și ecrane capabile să execute simultan ambele funcții.
Vă sugerăm să citiți și:
– Cercetătorii SETI ar fi descoperit motivul pentru care nu am detectat încă niciun semnal de la extratereștri
– Un mister al fizicii care persistă
