Płaski, elastyczny, a przede wszystkim całkowicie przezroczysty - taki jest nowy materiał polimerowy wynaleziony przez zespół austriackich badaczy. Materiał, jego właściwości oraz potencjalne zastosowania zostały opisane na łamach wydawanego przez Amerykańskie Towarzystwo Optyczne czasopisma Optics Express.
Nowy materiał wykorzystuje fluorescencyjne cząsteczki, które przechwytują padające na nie światło. Ze względu na brak elektronicznych elementów materiał nie tylko wygląda na przeźroczysty (jak na przykład przednie szyby samochodowe z ogrzewaniem, gdzie po uważnemu przyjrzeniu się widać ścieżki elektryczne), ale taki w całości jest. Odkrycie może posłużyć do szeregu interesujących technologii optycznych, w tym do tworzenia urządzeń z ekranami rozpoznającymi nie tylko dotyk, ale i gesty.
"O ile nam wiadomo, jesteśmy pierwsi, którzy zaprezentowali w pełni transparentny sensor obrazu - bez żadnych zintegrowanych struktur takich jak obwody elektryczne - który jest jednocześnie elastyczny i skalowalny" - powiedział Oliver Bimber, współautor Optics Express.
Sensor jest zbudowany w oparciu o polimerową powłokę znaną jako koncentrator luminescencyjny (LC), który jest wypełniony niewielkimi cząstkami o właściwościach fluoroscencyjnych, które absorbują światło o konkretnej długości fal (np. niebieskie) i reemitują je jednak przy większej długości fal (np. jako światło zielone). Część reemitowanego światła jest rozpraszana poza powłokę, ale część wędruje do jej zewnętrznych krawędzi, gdzie może być rejestrowana przez typowe, używane dziś powszechnie sensory optyczne. Procesor przetwarza sygnał tworząc obraz w odcieniach szarości.
Najważniejszym krokiem do wykorzystania powłoki LC jako wartościowego sensora obrazu było precyzyjne określenie, jak światło rozprasza się w obrębie całej powłoki - tylko w ten sposób można "nauczyć" komputer, jak interpretować sygnały rejestrowane przez umieszczone dookoła powłoki czujniki optyczne. Należy pamiętać, że rozproszone światło, z różnym natężeniem, wędruje do wszystkich krawędzi materiału i wszelkie kalkulacje mają na celu określenie, w którym miejscu rejestrowane przez czujniki światło padło na sensor LC. Zespół porównuje to zadanie z próbą określenia, w którym miejscu trasy wsiadł do pociągu konkretny pasażer, kiedy na końcowej stacji widzimy wszystkich podróżnych opuszczających skład.
Z pomocą do znalezienia odpowiedniej metody przyszło zjawisko przyćmiania światła podczas przenikania przez polimer. Im dłużej promień światła podróżuje przez polimerową powłokę, tym jest mniej intensywny. Czujniki optyczne rejestrują tę różnicę, a specjalny algorytm porównując wyniki podawane przez poszczególne czujniki określa, gdzie konkretny promień świetlny "wpadł" do wnętrza powłoki.
Metoda wykorzystywana w odkryciu przypomina tę, jaką wykorzystuje się przy tomografii komputerowej. "W tomografii nie jest możliwe zrekonstruowanie obrazu przy pomocy jednego prześwietlenia rentgenowskiego, przeprowadzonego z jednej perspektywy" - tłumaczy pan Bimber. "Posiadając szereg pomiarów wykonanych z różnych pozycji takie obrazowanie staje się jednak możliwe. Nasz system pracuje w ten sam sposób, przy czym jak w tomografii wykorzystywane jest promieniowanie rentgenowskie, nasza technologia jest oparta na świetle widzialnym" - wyjaśnia naukowiec.
Obecnie prototypowe sensory są w stanie rejestrować obraz o rozdzielczości 32 x 32 pikseli, co oczywiście nie może być rozdzielczością docelową. W prototypie zostały jednak wykorzystane tanie fotodiody, które mają wysoki stosunek szumu do sygnału. W kolejnych generacjach produktu naukowcy planują chłodzić fotodiody w celu uzyskania wyższego poziomu sygnału. Docelowo ma być możliwe zwiększanie jakości obrazu bez konieczności zwiększania jakości czujników - ma wystarczyć programowe zwiększenie ilości porównywanych obrazów.
Naukowcy widzą w wynalezionej przez siebie technologii doskonały materiał do tworzenia interfejsów opartych na gestach, a nie dotyku, bardziej precyzyjnych niż stosowane obecnie i oparte na kamerach oraz możliwych do wykorzystania nie tylko w telewizorach czy konsolach do gier ale i w urządzeniach przenośnych. Ponieważ materiał LC jest przeźroczysty, możliwe będzie nakładanie na siebie wielu warstw, rejestrujących różne kolory.
Badacze rozważają również stosowanie sensora przed typowymi, wysokorozdzielczymi sensorami CCD. Mogłoby to pozwolić na rejestrację dwóch obrazów w tym samym czasie, przy dwóch różnych naświetleniach, co umożliwiłoby tworzenie znacznie lepszych niż dotychczas obrazów HDR czy po prostu zdjęć o lepszym kontraście.
Źródło: Digitimes