Zaloguj się, aby obserwować tę zawartość
Obserwujący
0
Bliżej niewidzialności
dodany przez
KopalniaWiedzy.pl, w Technologia
-
Podobna zawartość
-
przez KopalniaWiedzy.pl
Współpraca naukowców z Princeton University i University of Washington zaowocowała powstaniem aparatu fotograficznego wielkości kryształu soli. Miniaturowe aparaty powstawały już wcześniej, jednak rejestrowały rozmyte obrazy o ograniczonym polu widzenia. Amerykanie poradzili sobie z tymi problemami i zapewniają, że ich aparat jest w stanie rejestrować pełnokolorowe obrazy o takiej jakości, jaką rejestrują standardowe aparaty o 500 tysięcy razy większych obiektywach.
Nowe urządzenie może zostać wykorzystane do minimalnie inwazyjnej endoskopii czy jako systemy wizualne dla miniaturowych robotów. A tysiące takich aparatów umieszczonych na dużej powierzchni pozwoli na zmienienie jej w wielki aparat fotograficzny.
W tradycyjnych aparatach fotograficznych stosuje się odpowiednio wyprofilowane szklane lub plastikowe soczewki skupiające światło. Miniaturowy aparat korzysta zaś z metapowierzchni. Ma ona wymiary zaledwie 0,5 x 0,5 milimetra ale zmieszczono na niej 1,6 miliona cylindrycznych słupków. Każdy z nich ma unikatową geometrię i działa jak antena optyczna. Dzięki indywidualnemu dobraniu kształtu każdego ze słupków możliwe było odpowiednie skorygowanie powierzchni falowej docierającego doń światła. Słupki zaprojektowano tak, by ich interakcja ze światłem skutkowała najostrzejszym obrazem o największym polu widzenia wśród wszystkich w pełni kolorowych aparatów fotograficznych wykorzystujących metapowierzchnie.
Głównym osiągnięciem naukowców z Princeton i Seattle jest zintegrowanie projektu powierzchni optycznej i algorytmu przetwarzania sygnałów. To znakomicie zwiększyło możliwości aparatu w naturalnym świetle. Wcześniej, by w aparatach wykorzystujących metapowierzchnie uzyskać wysokiej jakości obraz, konieczne było zastosowanie lasera lub stworzenie w laboratorium innych idealnych warunków.
Naukowcy porównali swój aparat z innymi wykorzystującymi metapowierzchnie oraz z tradycyjnymi aparatami. Nie licząc nieco rozmytego obrazu na krawędziach, jakość zdjęć z ich miniaturowego aparatu jest porównywalna z jakością zdjęć z aparatu o obiektywie o 500 000 razy większej objętości. Udało się też uniknąć najpoważniejszych problemów trapiących dotychczas miniaturowe aparaty korzystające z metapowierzchni: małego pola widzenia, ograniczonych możliwości rejestracji pełnego spektrum światła widzialnego czy dużych deformacji obrazu.
Olbrzymim osiągnięciem jest odpowiednia współpraca setek tysięcy nanoanten z algorytmem przetwarzającym obraz. Dotychczas nie wiedziano, jak to zrobić. Ze względu na wielką liczbę nanoanten, ich różną konfigurację i złożone interakcje pomiędzy nimi a światłem, opracowanie odpowiedniego algorytmu wymagało długiego czasu i olbrzymich zasobów pamięci. Współautor badań, Shane Colburn, poradził sobie z tym problemem tworząc efektywne przybliżenie interakcji pomiędzy światłem a metapowierzchnią.
Autorem samej metapowierzchni jest zaś James Whitehead, który stworzył ją na bazie azotku krzemu. To materiał kompatybilny ze współczesnymi technologiami stosowanymi w przemyśle półprzewodnikowych, co oznacza, że można go będzie masowo produkować i będzie tańszy niż tradycyjne soczewki.
Zaprezentowane tutaj podejście nie jest niczym nowym, jednak jest to pierwszy system, w którym połączono metapowierzchnię i oparty na sieciach neuronowych system przetwarzania informacji. Najważniejszym osiągnięciem jest tutaj osiągnięcie kompatybilności pomiędzy rozmiarami, kształtem i lokalizacją milionów punktów na metapowierzchni, a parametrami używanymi przez algorytmy przetwarzające dane i uzyskanie dzięki temu obrazu o wymaganej jakości, chwali autorów badań Joseph Mait, były główny naukowiec w U.S. Army Research Laboratory.
Obecnie uczeni z Princeton i Seattle pracują nad wyposażeniem swojego aparatu w większe możliwości obliczeniowe. Chcą w ten sposób nie tylko poprawić jakość obrazu, ale również wyposażyć go w możliwość wykrywania obiektów oraz inne cechy przydatne w obrazowaniu medycznym i robotyce.
Takie ultrakompaktowe aparaty pozwolą też na zamianę powierzchni w duże aparaty. Cały tył smartfona mógłby być jednym dużym aparatem fotograficzym. Już teraz możemy zacząć myśleć o zupełnie nowej architekturze urządzeń przyszłości, mówi Felix Heide z Princeton University.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Naukowcy z Cornell University zaproponowali nowatorską metodę jednoczesnego modulowania w czasie rzeczywistym właściwości absorpcyjnych i refrakcyjnych metamateriałów. To zaś pozwoli na kontrolowanie w czasie i przestrzeni propagacji fal w metamateriałach, co może mieć olbrzymie znaczenie zarówno w fizyce, jak i inżynierii.
Autorami teoretycznej pracy, opublikowanej na łamach pisma Optica, są doktoranci Zeki Hayran i Aobo Chen oraz ich opiekun naukowy profesor Francesco Monticone. Dotychczas naukowcy zajmujący się metamateriałami badali je pod kątem możliwości kontrolowania albo absorpcji, albo refrakcji fal elektromagnetycznych. Jednak młodzi naukowcy z Monticone Research Grooup wykazali właśnie, że jeśli będziemy w stanie manipulować obiema właściwościami w czasie rzeczywistym, możliwości metamateriałów zostaną znacznie zwiększone. Metamateriały, których właściwości można zmieniać w czasie – zwane chronometamateriałami – mogą przyczynić się do olbrzymich postępów technologicznych.
Wykazaliśmy, że jeśli będziemy modulować w czasie obie te właściwości jednocześnie, uzyskamy znacznie lepszą absoprcję fal elektromagnetycznych niż w strukturze stabilnej lub takiej, w której można modulować w jednym momencie tylko jedną z tych cech. Uzyskujemy w ten sposób znacznie bardziej efektywny system, mówi Monticone.
Odkrycie możne doprowadzić do stworzenia nowych metamateriałów o bardzo pożądanych właściwościach. Na przykład materiał pochłaniający szerokie pasmo fal radiowych musi mieć grubość powyżej pewnej grubości granicznej, jednak może to znacząco utrudniać projektowanie urządzeń go wykorzystujących. Żeby zmniejszyć grubość takiego materiału, a jednocześnie zwiększyć zakres pochłanianych fal, trzeba pokonać ograniczenia konwencjonalnych materiałów. Jednym ze sposobów na to jest modulowanie ich struktury, wyjaśnia Hayran.
Badacze chcą, by ich prace przyczyniły się do dokonania dużego skoku technologicznego. Nie szukamy możliwości stopniowych zmian technologicznych. Chcemy dokonać przełomowych zmian. To nas naprawdę motywuje. Jak można dokonać takich zmian? Trzeba zacząć od samych podstaw, dodaje Monticone.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Chińscy naukowcy z Uniwersytetu Południowo-Wschodniego w Nankinie poinfomowali o stworzeniu urządzenia, które, kontrolując sposób zaginania światła powoduje, iż obiekty wydają się mniejsze niż są w rzeczywistości.
Inżynierowie Wei Xiang Jiang i Tie Jun Cui opublikowali artykuł na ten temat w Applied Physics Letters.
Urządzenie zmniejszające może wirtualnie zmniejszyć rozmiary obiektu. Takie urządzenie działa w zakresie mikrofal, może zatem zmylić radary i inny sprzęt wykorzystujący fale elektromagnetyczne do wykrywania przedmiotów i spowodować, iż zostanie podjęta zła decyzja. Nasze urządzenie potencjalnie może zostać zastosowane w przemyśle wojskowym - powiedział Cui.
Uczeni wykorzystali materiały do zbudowania ośmiu koncentrycznych pierścieni o wysokości 12 milimetrów każdy. W środku można umieścić niewielki przedmiot. Gdy światło przechodzi przez pierścienie zostaje zagięte, a długość fali ulega kompresji. Po dotarciu do wnętrza pierścieni zachodzi dekompresja. Obserwatorowi z zewnątrz wydaje się, że przedmiot umieszczony w środku pierścieni jest mniejszy niż w rzeczywistości.
Inżynierowie wyjaśniają, że całość działa nieco podobnie do „czapki-niewidki" tworzonej z metamateriałów, gdyż wirtualnie zmniejsza średnicę najmniejszego okręgu, w którym znajduje się przedmiot. Teoretycznie można zmniejszyć ją tak bardzo, że środkowy okrąg zniknie wraz ze znajdującym się tam przedmiotem.
Chińczycy zarówno teoretycznie jak i praktycznie wykazali, że ich konstrukcja działa tak, jak zakładali.
-
przez KopalniaWiedzy.pl
Inżynierowie z Duke University teoretycznie wyliczyli, że za pomocą odpowiednio zaprojektowanego metamateriału możliwe będzie znaczące zmniejszenie strat energii wysyłanej bezprzewodowo.
Podczas bezprzewodowego przesyłania energii jej większość jest tracona. Olbrzymich strat można uniknąć tylko wówczas, gdy odbiornik i nadajnik znajdują się bardzo blisko siebie. Jednak uczeni z Duke stwierdzili, że jeśli pomiędzy urządzeniami umieścimy przewidziany przez nich teoretycznie metamateriał, to skupi on energię tak, że mimo większej odległości nadajnika od odbiornika, straty energii będą minimalne.
Obecnie udaje się przesłać niewielkie ilości energii na krótkie odległości, na przykład możemy zasilić tagi RFID. Jednak większe ilości energii, takie jak promienie lasera czy mikrofale mogłyby spalić wszystko na swojej drodze - mówi Yaroslav Urzhumov z Duke'a.
Nasze obliczenia wskazują, że powinno być możliwe wykorzystanie metamateriału do zwiększenia ilości transmitowanej energii bez występowania efektów ubocznych - dodaje.
Urzhumov pracuje w laboratorium profesora Davida R. Smitha, którego zespół jako pierwszy na świecie zaprezentował metamateriał działający jak czapka-niewidka.
Jako że metamateriały mogą działać tak, jakby część przestrzeni nie istniała to, zdaniem Urzhumova, ich zastosowanie pomiędzy nadajnikiem energii a odbiornikiem wywoła taki efekt, jakby urządzenia były bardzo blisko siebie. A zatem straty energii powinny być minimalne.
Taki materiał, o ile powstanie, powinien składać się z setek lub tysięcy pętli przewodzących ułożonych w jedną macierz. Pętle takie będą umieszczone na podłożu z miedzi i włókna szklanego. System taki musi być dostrojony do specyficznego odbiornika, a ten z kolei musi być zestrojony z nadajnikiem - stwierdził Urzhumov.
-
przez KopalniaWiedzy.pl
Na Princeton University powstał nowy typ czujnika, dzięki któremu możliwa będzie ocena stanu budynków czy mostów. Badanie zmian zachodzących w budowlach i wykrywanie pojawiających się uszkodzeń to bardzo ważne, a jednocześnie niełatwe zadanie.
Sigurd Wagner i Patrick Gorrn postanowili wykorzystać laser, organiczne związki chemiczne i elastyczny polimer do stworzenia "skóry", którą można pokryć budowlę. Sprawdzając stan pokrycia można będzie oceniać zmiany zachodzące w samej budowli.
Ich pomysł polega na użyciu poli(dimetylosiloksanu), którzy przygotowano tak, by miał falistą strukturę. Na jej powierzchnię nanosi się płynną mieszaninę molekuł organicznych. Gdy całość oświetlimy laserem ultrafioletowym, emitowane jest światło o konkretnej długości fali. W tym wypadku jest to widzialne czerwone światło. Jednak wszelkie zmiany na powierzchni "skóry", jej rozciągnięcie czy ścieśnienie, powodują zmianę długości fali emitowanego światła. Eksperymenty wykazały, że już ściśnięcie gumy o 2,2% prowadzi do zmian, które są wykrywane przez specjalne czujniki. Te potrafią zauważyć różnice sięgające zaledwie 5 nanometrów w długości fali. To bardzo dokładna metoda i jest to jej główna zaleta. W wielu przypadkach dochodzi bowiem do nieznacznych zmian struktury, które nie muszą objawiać się widocznymi uszkodzeniami. Te czujniki pozwalają zanotować takie zmiany - mówi Wagner.
Dodatkową zaletą nowej metody jest możliwość sprawdzania zdrowia "skóry" z pewnej odległości oraz uniknięcie konieczności prowadzenia okablowania.
Technologia z Princeton znajduje się obecnie w fazie eksperymentalnej. Uczeni szukają teraz jak najlepszych molekuł emitujących światło oraz metod ich umieszczania na PDMS. Wiemy, jak prowadzić eksperymenty. Ale nie znaleźliśmy jeszcze magicznej formuły - zauważył Wagner.
-
-
Ostatnio przeglądający 0 użytkowników
Brak zarejestrowanych użytkowników przeglądających tę stronę.