Компактная и легкая система датчиков с возможностью получения инфракрасных изображений, разработанная международной группой инженеров, может быть установлена на беспилотник для дистанционного мониторинга урожая, сообщает научное издание EurekAlert!. Исследование опубликовано в журнале Nature Communications.
Технология плоской оптики способна заменить традиционные линзы, применяемые для экологического зондирования в различных отраслях промышленности. Эта инновация может привести к удешевлению продуктов питания, поскольку фермеры смогут точно определять, какие культуры нуждаются в поливе, удобрении и борьбе с вредителями, вместо того чтобы использовать универсальный подход, что потенциально повысит урожайность.
Сенсорная система может быстро переключаться между обнаружением краев – изображением контура объекта, например, фрукта – и извлечением подробной инфракрасной информации, без необходимости создания больших объемов данных и использования громоздких внешних процессоров.
Возможность переключения на детальное инфракрасное изображение – это новая разработка в данной области, которая может позволить фермерам собирать больше информации, когда дистанционный датчик выявляет зоны потенциального заражения вредителями.
Прототип сенсорной системы, состоящий из фильтра, изготовленного из тонкого слоя материала под названием диоксид ванадия, который может переключаться между обнаружением краев и детальным инфракрасным изображением, был разработан главным исследователем TMOS профессором Мадху Бхаскаран и его командой в RMIT в Мельбурне.
«Такие материалы, как диоксид ванадия, добавляют фантастическую способность к настройке, делая устройства «умными». При изменении температуры фильтра диоксид ванадия переходит из изоляционного состояния в металлическое, таким образом обрабатываемое изображение переходит от фильтрованного контура к нефильтрованному инфракрасному изображению», – поясняют ученые.
Эти материалы могут сыграть важную роль в создании устройств с плоской оптикой, способных заменить технологии с традиционными линзами в области экологического зондирования, что делает их идеальными для использования в беспилотниках и спутниках, требующих малых размеров, веса и энергоемкости.
«Хотя в нескольких недавних демонстрациях удалось достичь аналогового обнаружения краев с помощью метаповерхностей, большинство устройств, продемонстрированных до сих пор, являются статичными. Их функциональность фиксирована во времени и не может быть динамически изменена или контролируема. Способность менять конфигурацию операций обработки является ключевым фактором для того, чтобы метаповерхности могли конкурировать с цифровыми системами обработки изображений. Именно это мы и разработали», – говорит Коруфо, автор исследования.
Прибор также работает при температурах, совместимых со стандартными технологиями производства, что позволяет интегрировать его в коммерчески доступные системы и быстро перейти от исследований к реальному использованию.
«Традиционные оптические элементы уже давно являются камнем преткновения, препятствующим дальнейшей миниатюризации устройств. Возможность заменить или дополнить традиционную оптику тонкопленочной позволяет преодолеть слабое место», – заключили исследователи.
[Фото: Lincoln Clark, ARC Centre of Excellence for Transformative Meta-Optical Systems (TMOS)]