MWC 2018
2018
Computex
IFA 2018
Китайские учёные из Университета Цинхуа (Tsinghua University) разработали инновационный оптический чип Yuheng (Rafael) размером с ноготь, способный анализировать свет в режиме реального времени с высочайшей спектральной точностью, ранее доступной лишь для громоздких лабораторных установок. На основе чипа они создают прибор для установки на Большой Канарский телескоп с самым большим в мире зеркалом — 10,4 м, и обещают революцию в астрономии и не только.
Источник изображения: Tsinghua University
Разработка на несколько порядков ускорит сбор информации о Вселенной. Например, данные обо всех звёздах Млечного Пути, доступных для наблюдения в телескоп GTC (Gran Telescopio CANARIAS), с помощью прибора с чипом Rafael можно будет собрать менее чем за десять лет, тогда как в случае альтернативных наблюдений на это понадобятся несколько тысячелетий.
Прорывная технология создана благодаря сочетанию знаний в области оптики, искусственного интеллекта и материаловедения, что позволило преодолеть традиционный компромисс между разрешением и эффективностью. Иначе говоря, либо данные получаются быстро, но с низким разрешением, либо — медленно, но с множеством деталей. Новая разработка позволит собирать данные с невообразимым разрешением в реальном времени и в компактном форм-факторе. Эта компактность может проявить себя также в роботизированном зрении, автопилотах и анализаторах чего угодно — от дистанционного зондирования состава почв коптерами до проверки качества продуктов на полках магазинов.
Однако самым первым проектом китайской команды станет разработка оптического анализатора для крупнейшего в мире наземного телескопа с одним зеркалом — Большого Канарского телескопа, расположенного на Канарских островах в Испании. Китайские учёные посетили эту площадку в мае текущего года и договорились о партнёрстве. Этот телескоп используется для изучения звёзд, галактик, тёмной материи и чёрных дыр, и тестирование, о чём также заявлено в свежей публикации в журнале Nature, станет ключевым шагом на пути от лабораторного прототипа к практическому применению.
Чип Yuheng демонстрирует выдающиеся характеристики: он способен различать цвета (обладает спектральной чувствительностью) с шагом менее 0,1 нм, обеспечивая разрешение в 100 раз выше, чем у аналогичных устройств для моментальной спектроскопии. Благодаря высокой скорости обработки — до 10 000 звёзд в секунду — технология позволит кратно сократить время наблюдений. Исследователи подчёркивают, что заявленная производительность достигается без значительных потерь света, что делает решение идеальным для интеграции в компактные системы.
Принцип работы чипа Rafael основан на вычислительной оптике, где вместо традиционного расщепления света на спектральные компоненты применяется кодирование всего пучка света уникальным паттерном внутри устройства. Тем самым возникает явление интерференции между опорным и анализируемым потоком. В основе чипа лежит кристалл ниобата лития, который под напряжением способен изменять направление света, а для последующего декодирования и восстановления спектральной информации используются ИИ-алгоритмы. Весь анализ происходит на лету, без задержек. Чип пропускает 73 % входящего света и работает на скорости 88 кадров в секунду, минимизируя потери яркости и обеспечивая сверхвысокое цветовое разрешение в видимом и ближнем инфракрасном диапазонах.
Потенциальные применения Yuheng выходят далеко за рамки астрономии: в медицине он позволит разрабатывать неинвазивные методы анализа тканей для диагностики (с проникновением в ткани в инфракрасном диапазоне), в сельском хозяйстве и экологии — определять загрязнители и качество почвы с помощью дронов, а в автономных автомобилях — точнее различать дорожные знаки, покрытие и препятствия в сложных условиях освещения. Роботы и медицинские сканеры также выиграют от такого «сверхзрения».
В будущем команда сосредоточится на повышении стабильности чипа, интеграции встроенных вычислений для ускорения обработки данных и адаптации дизайна для широкого коммерческого и научного использования, тем самым обещая революцию в оптических технологиях.
Источник:
