У світі оптичних технологій стався прорив, який може перевернути уявлення про те, як пристрої взаємодіють зі світлом. Вчені з Швейцарського федерального технологічного інституту (ETH Zurich) розробили унікальний «Фур'є-піксель». Цей пристрій ламає звичні стереотипи: на відміну від традиційних рідкокристалічних чи OLED-пікселів, які або випромінюють світло (у моніторах), або фіксують його (у камерах), нова розробка об'єднує обидві функції в єдиній структурі.

Результати дослідження, опубліковані в авторитетному журналі Nature, описують створення елемента, здатного одночасно діяти як мікроскопічний випромінювач і сенсор. Про це повідомляє РБК-Україна.

Математика, що стала реальністю

Концепція нової технології базується на складних явищах хвильової оптики, однак, як виявилося, математичні розрахунки для її реалізації виявилися відносно простими. Назва «Фур'є-піксель» дана на честь видатного математика Жозефа Фур'є. Саме його формули дозволили вченим змоделювати штучний мікрорельєф, необхідний для роботи пристрою.

Ключовою відмінністю розробки є двонаправлений контроль. Елемент здатний взаємодіяти з трьома фундаментальними параметрами світлової хвилі:

  • Інтенсивністю (амплітудою);
  • Фазою коливань;
  • Поляризацією.

Конструкція являє собою інтерфейс з чітко розрахованим хвилястим рельєфом. Ця мікроструктурна поверхня взаємодіє з поверхневими світловими хвилями, перетворюючи розсіяне світло на керовані оптичні патерни, що несуть корисну інформацію.

Підтвердження теорії на практиці

За словами співавторів проєкту Янніка Глаузера та Сандера Фонка, ця розробка трансформує класичне уявлення про піксель як про просту точку з певною яскравістю. Тепер піксель — це компактне повноцінне оптичне пристрою для тотального контролю світлового поля.

Керівник наукової групи професор Девід Норріс підкреслив, що експерименти повністю підтвердили математичні моделі: заданий хвильовий візерунок на практиці миттєво згенерував необхідний оптичний результат. «Поверхня Фур'є», створена командою у попередньому дослідженні, довела свою ефективність.

Технології майбутнього: від гібридних екранів до голограм

Створення робочих прототипів, навіть у вигляді дуже малих частинок, відкриває двері для пристроїв наступного покоління. Перспективи застосування Фур'є-пікселів виходять далеко за межі поточних розробок:

  • Гібридні дисплеї-камери: З'явлення екранів, де кожен міліметр матриці не лише транслює картинку, але й паралельно фіксує погляд користувача, рівень зовнішнього освітлення або аналізує жести без використання окремих об'єктивів.
  • Голографічні системи та AR: Використання повного спектра властивостей світла (включаючи фазу та поляризацію) дозволить створювати реалістичні тривимірні голограми та значно удосконалити окуляри доповненої реальності.
  • Адаптивна оптика: Розробка систем зв'язку та моніторингу, здатних самостійно та динамічно коригувати параметри вихідного світлового сигналу залежно від умов середовища, які вони фіксують у той самий момент.

Попри те, що комерційне використання екранів-камер на базі Фур'є-пікселів залишається перспективною нішею, швейцарські вчені вже зробили перший фундаментальний крок у цьому напрямку, відкриваючи еру інтелектуальної оптики.