Ера монохромних зелених екранів, яка стала символом нічного бачення в кінематографі та військовій естетиці, може підійти до кінця. Група китайських дослідників розробила проривну технологію, здатну перетворювати невидиме інфрачервоне випромінювання на повнокольорове зображення. Результати дослідження, опубліковані в авторитетному журналі Science Advances, вказують на можливість створення принципово нових систем візуалізації.

Подолання обмежень людського ока

Традиційні прилади нічного бачення працюють за принципом конвертації інфрачервоного світла в відтінки яскравості одного кольору — найчастіше зеленого. Однак людське око еволюційно пристосоване набагато краще розрізняти тонкі відтінки кольору, ніж найменші зміни яскравості. Саме ця невідповідність між можливостями біології та можливостями техніки стала відправною точкою для нових розробок.

Щоб вирішити проблему, вчені об'єднали нанотехнології та оптоелектроніку. В основі системи лежать колоїдні квантові точки телуриду ртуті розміром близько 4 нанометрів, інтегровані зі спеціальним двохшаровим OLED-дисплеєм.

Як працює «розумний» фільтр

Ключовим механізмом роботи пристрою є квантове обмеження. Завдяки мікроскопічному розміру квантових точок, інфрачервоне світло з різною довжиною хвилі збуджує окремі електронні переходи, а не генерує єдиний сигнал. Це дозволяє системі розрізняти характеристики випромінювання з високою точністю.

Принцип дії базується на енергії та довжині хвиль:

  • Більш короткі інфрачервоні хвилі несуть більше енергії та вибивають більшу кількість позитивних зарядів.
  • Ці заряди направляються до двохшарового OLED-дисплея, де один шар випромінює червоне світло, а другий — блакитне.
  • Між шарами встановлено енергетичний бар'єр у 0,82 електрон-вольта.

При слабкому інфрачервоному випромінюванні активується лише червоний шар. З ростом потоку зарядів вони долають бар'єр і потрапляють у блакитний шар. Змішування кольорів змінює загальний відтінок та яскравість зображення залежно від довжини хвилі та температури об'єкта.

Прототип окулярів та біологічна сумісність

Для демонстрації технології було зібрано прототип напівпрозорих окулярів вагою всього 23 грами з активною площею огляду 3,57 квадратного сантиметра. Пристрій дозволяє користувачеві бачити звичайне видиме світло та накладене на нього кольорове інфрачервоне зображення одночасно.

Вчені також провели експерименти з інтеграції технології з біологічним зором. Інфрачервоні імпульси, що пройшли через конвертер, успішно викликали електричні реакції сітківки та мозку у лабораторних мишей та добровольців-людей. Без використання конвертера інфрачервоні промені не викликали жодної реакції.

Перспективи та поточні обмеження

За розрахунками розробників, нова система дозволяє розрізняти зміни потужності інфрачервоного випромінювання приблизно в 200 разів краще, ніж стандартні прилади. Однак технологія поки що перебуває на стадії лабораторних досліджень. Перед виходом на ринок необхідно вирішити низку технічних та безпекових питань:

  • Забезпечення автономного живлення OLED-шару.
  • Перевірка безпеки контакту з телуридом ртуті.
  • Тестування окулярів у реальних польових умовах.