Миниатюрный инфракрасный спектрометр

19.10.2019

Исследователи из Швейцарского федерального технологического института (Swiss Federal Institute of Technology, ETH) создали крошечный инфракрасный спектрометр, размеры которого позволяют уместить его на кристалле полупроводникового чипа, и который, тем не менее, "обеспечивает массу интересных возможностей". Согласно мнению исследователей, чипы с такими спектрометрами могут быть использованы в самых различных областях, начиная от космической отрасли и заканчивая предметами повседневного пользования. Одним из примеров тому - интеграция в конструкцию мобильных телефонов.

При помощи инфракрасного спектрометра в смартфоне и специального приложения это устройство становится способным определить содержание алкоголя в жидкости, провести простейший химический анализ какого-нибудь вещества, определить степень зрелости фруктов и овощей, и выполнить ряд других функций, которые будут полезны людям различных профессий.

Основным достижением во всем этом является крайне малый размер спектрометра. Обычные инфракрасные спектрометры, используемые для проведения анализов в настоящее время, представляют собой дорогие и громоздкие устройства, вес которых составляет минимум несколько килограмм и которые крайне тяжело превратить в переносные устройства.

Обычный спектрометр расщепляет свет на два потока, которые отражаются от зеркал, снова складываются определенным образом и результат измеряется чувствительным фотодатчиком. Изменяя положение одного из зеркал, можно изменить оптический образ, получающийся в результате сложения двух лучей света, что позволяет определить пропорцию содержания света с различными длинами волн в поступающем оптическом сигнале.

В миниатюрном спектрометре использован точно такой же принцип. Только вместо подвижных зеркал в нем использованы специальные волноводы, коэффициент преломления света которых может быть изменен при помощи внешнего электрического поля. Изменение коэффициента преломления в данном случае имеет такой же эффект, подобный эффекту от изменения положения зеркала.

Помимо этого, изменяя коэффициенты преломления сразу двух волноводов, при помощи миниатюрного спектрометра можно работать с различными участками инфракрасного диапазона. К еще одному несомненному преимуществу данного устройства можно отнести то, что он нуждается в разовой калибровке, которую можно проводить на предприятии-изготовителе сразу после изготовления чипа или интеграции этого чипа в конечное устройство. В отличие от этого, обычные спектрометры требуют калибровки перед началом каждого сеанса работы.

В конструкции нового миниатюрного инфракрасного спектрометра нет ни одной подвижной части, что делает его чрезвычайно надежным. Но, как признают сами исследователи, прежде чем их детище можно будет использовать в мобильных устройствах, им потребуется провести еще ряд работ, направленных на совершенствование технологий и по приведению этих технологий к соответствию с требованиями современного промышленного производства.

<< Назад: Новый материал ловит молекулы углекислого газа 20.10.2019

>> Вперед: Электрокроссовер Volvo XC40 Recharge 19.10.2019

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Лабораторная модель прогнозирования землетрясений 30.11.2025

Предсказание землетрясений остается одной из самых сложных задач геофизики. Несмотря на развитие сейсмологии, ученые все еще не могут точно определить момент начала разрушительного движения разломов. Недавние эксперименты американских исследователей открывают новые горизонты: впервые удалось наблюдать микроскопические изменения в контактной зоне разломов, которые предшествуют землетрясению. Группа под руководством Сильвена Барбота обнаружила, что "реальная площадь контакта" - участки, где поверхности разлома действительно соприкасаются - изменяется за миллисекунды до высвобождения накопленной энергии. "Мы открыли окно в сердце механики землетрясений", - отмечает Барбот. Эти изменения позволяют фиксировать этапы зарождения сейсмического события еще до появления традиционных сейсмических волн. Для наблюдений ученые использовали прозрачные акриловые материалы, через которые можно было отслеживать световые изменения в зоне контакта. В ходе искусственного моделирования примерно 30% ко ...>>

Музыка как естественный анальгетик 30.11.2025

Ученые все активнее исследуют немедикаментозные способы облегчения боли. Одним из перспективных направлений становится использование музыки, которая способна воздействовать на эмоциональное состояние и когнитивное восприятие боли. Новое исследование международной группы специалистов демонстрирует, что даже кратковременное прослушивание любимых композиций может значительно снижать болевые ощущения у пациентов с острой болью в спине. В эксперименте участвовали пациенты, обратившиеся за помощью в отделение неотложной помощи с выраженной болью в спине. Им предлагалось на протяжении десяти минут слушать свои любимые музыкальные треки. Уже после этой короткой сессии врачи фиксировали заметное уменьшение интенсивности боли как в состоянии покоя, так и при движениях. Авторы исследования подчеркивают, что музыка не устраняет саму причину боли. Тем не менее, она воздействует на эмоциональный фон пациента, снижает уровень тревожности и отвлекает внимание, что в сумме приводит к субъективном ...>>

Алкоголь может привести к слобоумию 29.11.2025

Проблема влияния алкоголя на стареющий мозг давно вызывает интерес как у врачей, так и у исследователей когнитивного старения. В последние годы стало очевидно, что границы "безопасного" употребления спиртного размываются, и новое крупное исследование, проведенное международной группой ученых, вновь указывает на это. Работы Оксфордского университета, выполненные совместно с исследователями из Йельского и Кембриджского университетов, показывают: даже небольшие дозы алкоголя способны ускорять когнитивный спад. Команда проанализировала данные более чем 500 тысяч участников из британского биобанка и американской Программы миллионов ветеранов. Дополнительно был выполнен метаанализ сорока пяти исследований, в общей сложности включавших сведения о 2,4 миллиона человек. Такой масштаб позволил оценить не только прямую связь между употреблением спиртного и развитием деменции, но и влияние генетической предрасположенности. Один из наиболее тревожных результатов касается людей с повышенным ге ...>>

Искусственный мозговой матрикс 29.11.2025

Биоинженерия стремительно выходит за пределы традиционной работы с клетками и биоматериалами. Ученые пытаются не просто выращивать ткани, но и воссоздавать механизмы, управляющие жизнью клеток в реальном организме. Одним из наиболее амбициозных направлений стала разработка искусственных матриксов, которые могли бы подменить природную среду и дать исследователям возможность изучать работу мозга без участия биологических компонентов. На этом фоне работа специалистов Калифорнийского университета в Риверсайде представляет собой особенно заметный шаг вперед. В центре их исследования - платформа BIPORES, созданная полностью из синтетических веществ. Цель проекта заключалась в попытке смоделировать сложную, многослойную структуру внеклеточного матрикса, который в настоящем мозге обеспечивает питание, связь и организацию нервных клеток. При этом разработчики сознательно отказались от каких-либо белков, традиционно необходимых для прикрепления клеток, таких как ламинин или фибрин. Это решени ...>>

Ранняя Вселенная не была ледяной 28.11.2025

Понимание того, как формировались первые структуры во Вселенной, требует взгляда в эпохи, в которых не существовало ни звезд, ни галактик, ни привычных нам источников света. Научные группы по всему миру пытаются восстановить картину тех времен при помощи слабейших радиосигналов, оставшихся от водорода, который наполнял космос вскоре после Большого взрыва. Новые результаты, полученные на радиотелескопе Murchison Widefield Array в Австралии, неожиданным образом меняют представление об этих ранних этапах. Сразу после Большого взрыва, произошедшего около 13,8 миллиарда лет назад, пространство стремительно расширялось и остывало. Через несколько сотен тысяч лет образовался нейтральный водород, и началась так называемая эпоха тьмы, когда Вселенная была лишена источников излучения. Лишь значительно позже гравитация собрала газ в плотные области, где зародились первые звезды и ранние черные дыры, а их интенсивное излучение привело к реионизации водорода и окончательному появлению света. ...>>

Случайная новость из Архива 1000-ядерный процессор KiloCore 19.06.2016 Исследователи из Калифорнийского университета в Дейвисе (США) разработали 1000-ядерный процессор KiloCore. Корпорация IBM изготовила его, используя 32-нм технологический процесс. Каждое ядро процессора KiloCore способно работать независимо и выполнять собственную микропрограмму. "Это намного эффективнее, чем подход, который используется в процессорах графических ускорителей. Идея заключается в том, чтобы разбить приложение на множество подпрограмм, каждая из которых может быть запущена параллельно на отдельном ядре. Таким образом, будет достигнута высокая производительность при невысоком потреблении энергии", - сообщили авторы. Поскольку каждое ядро работает на собственной тактовой частоте, оно может быть отключено для экономии энергии. Максимальная тактовая частота ядер ограничена 1,78 ГГц. Ядра пересылают информацию друг другу напрямую. Нет никакой общей памяти, которая могла бы стать узким горлышком при обработке данных", - рассказал автор архитектуры Брент Боненштьех (Brent Bohnenstieh). KiloCore может быть и не является первым в мире 1000-ядерным процессором. Но его авторы утверждают, что ему нет равных в плане эффективности. Как утверждают разработчики, KiloCore обладает 621 млн транзисторами и способен выполнять 1,78 трлн команд в секунду, затрачивая 0,7 Вт. В качестве источника питания можно использовать батарейку формата AA. KiloCore более, чем в 100 раз эффективнее выполняет команды по сравнению с современным процессором для ноутбука. Для чипа уже разработан ряд демонстрационных программ. Они предназначены для кодирования и декодирования беспроводных сигналов, обработки видеопотоков, шифрования и выполнения других задач, сопряженных с обработкой большого количества данных, когда распараллеливание способно значительно повысить эффективность процесса. Для удобства программирования чипа исследователи разработали соответствующий компилятор и инструмент для автоматического распределения программ по ядрам.

Смотрите полный Архив новостей науки и техники, новинок электроники

www.diagram.com.ua
2000-2025