Ученые из Северо-Восточного университета США создали инфракрасный датчик, настроенный на определенную длину волны или их набор, и включающийся только при их обнаружении. За счет такой схемы можно создать устройства, которые практически не потребляют энергию во время простоя. Исследователи считают, что такие сенсоры можно настраивать на обнаружение определенных процессов или объектов, например, лесных пожаров или выхлопных труб автомобилей, без необходимости менять аккумуляторы в устройстве. Статья, посвященная разработке, опубликована в журнале Nature Nanotechnology.
Инфракрасное излучение нередко используется в различных устройствах для обнаружения объектов. Например, инфракрасные датчики используются в тепловизорах, которые позволяют обнаруживать нагретые тела из-за их теплового излучения. Также существуют и датчики обнаружения пламени, тоже работающие на инфракрасном излучении. Обычно такие устройства постоянно находятся в рабочем состоянии и анализируют данные независимо от того, есть ли среди них искомый сигнал. Из-за этого они постоянно потребляют энергию, хоть и небольшую.
Американские ученые решили создать устройство, лишенное этого недостатка. Основой разработанного ими датчика служит массив из плазмонных резонаторов — небольших частей конструкции, размер которых подобран таким образом, чтобы инфракрасное излучение с определенной длиной волны вызывало плазмонный резонанс. Этот массив резонаторов соединен с кантилевером, состоящим из двух материалов с разными коэффициентами теплового расширения. При попадании на сенсор искомого излучения массив резонаторов начинает нагреваться, а вслед за ним и кантилевер, который изгибается из-за нагревания. Кантилевер служит элементом, замыкающим электрическую цепь.
Замыкание цепи можно использовать в качестве сигнала, который можно регистрировать и передавать с помощью простой микросхемы. Ученые отмечают, что, поскольку регистрируемая длина волны излучения зависит от размера резонаторов, несколько таких датчиков с разными размерами элементов можно объединить в единую последовательно соединенную схему, которая будет реагировать только на определенный спектр излучения, присущий определенным объектам или процессам.
В 2015 году американские исследователи разработали простую видеокамеру, которая использует матрицу в качестве солнечной батареи, и таким образом самостоятельно вырабатывает энергию, необходимую для съемки.
Иллюстрация к статье:
Обсуждение