Ultrarychlý spektrometr na čipu řízený umělou inteligencí: revoluce v oblasti snímání v reálném čase

Inovace zmenšuje laboratorní spektrometr na velikost zrnka písku.
Po celá desetiletí byla schopnost vizualizovat chemické složení materiálů, ať už pro diagnostiku nemocí, hodnocení kvality potravin nebo analýzu znečištění, závislá na velkých a drahých laboratorních přístrojích zvaných spektrometry. Tyto přístroje fungují tak, že zachycují světlo, rozkládají ho pomocí hranolu nebo mřížky na duhu a měří intenzitu každé barvy. Problémem je, že rozložení světla vyžaduje dlouhou fyzickou dráhu, což činí přístroj ze své podstaty objemným.

Nedávná studie Kalifornské univerzity v Davisu (UC Davis), publikovaná v časopise Advanced Photonics, se zabývá výzvou miniaturizace s cílem zmenšit laboratorní spektrometr na velikost zrnka písku, tedy na malý spektrometr na čipu, který lze integrovat do přenosných zařízení. Tradiční přístup spočívající v prostorovém rozložení světla je nahrazen rekonstrukční metodou. Namísto fyzického oddělení jednotlivých barev používá nový čip pouze 16 různých křemíkových detektorů, z nichž každý je navržen tak, aby reagoval mírně odlišně na přicházející světlo. Je to podobné, jako když dáte hrstce specializovaných senzorů míchaný nápoj a každý senzor odebírá vzorek jiné složky nápoje. Klíčem k rozluštění původního receptu je druhá část vynálezu: umělá inteligence (AI).

Jádro této inovace spočívá ve dvou technologických průlomech. Nejprve tým navrhl povrchy standardních křemíkových fotodiod se speciálními povrchovými strukturami pro zachycování fotonů (PTST). Křemík je obvykle účinný při snímání viditelného světla, ale je známý svou špatnou schopností snímání blízkého infračerveného (NIR) světla (vlnové délky do 1100 nm), které je kritické pro mnoho aplikací, jako je biomedicínské zobrazování, protože proniká lidskou tkání hlouběji než viditelné světlo. Povrch PTST funguje jako chytře navržená struktura, která nutí fotony NIR rozptylovat se v tenké křemíkové vrstvě, místo aby jí procházely přímo. To dramaticky zvyšuje pravděpodobnost, že křemík absorbuje světlo, čímž se celý čip stává citlivým v širokém spektrálním rozsahu.
(detaily jsou v angličtině)

Datum: 28.1.2026

spektrometrie, AI