Loading

Как крылья бабочки улучшили инфракрасные датчики

Создано 15.02.2012 14:15
Автор: Евгений

Как крылья бабочки улучшили инфракрасные датчики

Чтобы создать улучшенный инфракрасный датчик, группа ученых решила искать вдохновение в крыле бабочки.

Исследователи под руководством Радислава Потирайло, старшего научного сотрудника компании «Дженерал Электрик», покрыли крыло бабочки углеродными нанотрубками. В результате получился инфракрасный датчик с более высоким разрешением, чем существующие модели.

Что же заставляет его так хорошо работать? Ответ таков: сочетание углеродных нанотрубок и радужное покрытие крыла.

«Что особенно хорошо в нанотрубках – это что они черные в видимом свете и не нарушают радужность», - объясняет Потирайло, создавший вместе со своими коллегами датчик в Государственном университете Нью-Йорка.

Крыло бабочки выглядит переливчатым, так как оно покрыто крошечными структурами, формой напоминающими новогоднюю ель. Маленькие «веточки» называются ламеллы. Когда свет попадает на структуры, они его отражают. Но ламеллы размером приблизительно с длину волны света, лишь 100-200 нанометров. Потому они рассевают некоторый свет даже во время отражения.

Кроме того, ламеллы формируют слои. Некоторый свет, рассеянный и отраженный ламеллами, должен проходить сквозь дополнительные уровни, а потому он еще больше преломляется. Когда эти волны света направляются обратно в глаз, они препятствуют друг другу. Некоторые делают это разрушительно и уничтожают друг друга, в то время как другие взаимодействуют созидательно, становясь насыщеннее. Сочетание этих эффектов создает радужность.

При этом ученые обнаружили кое-что еще: радужность изменяется инфракрасным светом, и это означает, что когда тепло (являющееся инфракрасным излучением) ударяет в крыло, человек может увидеть, как это происходит (или как минимум наблюдать результат влияния на цвета, которые мы воспринимаем).

Как крылья бабочки улучшили инфракрасные датчикиСуществующие инфракрасные датчики нуждаются в сложной электронике, чтобы сделать инфракрасное излучение видимым на экране. Избавившись от этих затруднений, удастся значительно упростить конструирование устройств, и именно это и сделает обнаруженный набор свойств крыла бабочки.

Но крылья бабочки приспособлены для отражения видимого света, а не поглощения инфракрасного. И вот на этом этапе необходимы углеродные нанотрубки. Поместив миллионы этих образований в толуоловый раствор, ученые «покрасили» крылья и поместили под инфракрасное излучение. Результатом стало очень хорошее поглощение инфракрасных лучей и более эффективные изменения в радужности.

«Нанотрубки, особенно нанесенные одним слоем, являются очень эффективным поглотителем инфракрасного света, - объясняет Потирайло. – Они также перераспределяют энергию, поглощенную любой поверхностью, на которую они нанесены».

Ученые обнаружили, что в будущем станет возможным делать наноструктуры, которые будут поглощать инфракрасный свет в диапазоне гораздо шире того, в котором работают современные формирователи изображений.

Углеродные нанотрубки также сделали датчик на основе крыла бабочки в два раза чувствительнее к изменениям температуры. К тому же новые системы делают определения быстрее – 40 раз в секунду – и могут отвечать на изменения в инфракрасном сигнале всего лишь за 0,025 секунды.

Кроме того, каждый «пиксель» гораздо меньше, чем на большинстве цифровых датчиков. Обычный размер пикселя инфракрасных систем формирования изображения варьируется от 17 до 30 микрометров, они довольно маленькие, но не настолько, как ламеллы, которые в среднем лишь 150 нанометров длиной и отстоят друг от друга на расстоянии 770 нанометров. Таким образом, они в 22 раза меньше, чем наилучшие существующие инфракрасные формирователи изображений.

Потирайло не планирует собирать бабочек в промышленных количествах, чтобы создавать датчики. По его словам, в распоряжении ученых есть искусственные материалы, которые еще лучше. И еще много предстоит работы, чтобы довести изделие до рынка и реального покупателя.

Источник: MNN

Комментарии: