Каждый день мы смотрим на пиксели. Именно эти крошечные элементы формируют изображение на экранах смартфонов и телевизоров, а также помогают цифровым камерам фиксировать снимки. Обычно пиксель выполняет только одну задачу: либо управляет светом, как в дисплее компьютера, либо анализирует его, как в сенсоре камеры. Теперь исследователи, опубликовавшие работу в журнале Nature, сообщили о создании пикселя, способного делать и то, и другое.
Новая технология получила название Fourier pixel и основана на одном из базовых физических явлений — интерференции. Когда свет рассеивается на поверхности, его волны могут накладываться друг на друга, даже если исходят из разных точек. Если две или несколько световых волн совпадают по фазе, они усиливают друг друга. Если нет — взаимно гасятся.
Новые пиксели используют этот эффект для управления светом при помощи специально сформированных волнообразных поверхностей. Название Fourier pixel связано с Fourier analysis — математическим методом, который команда применила, чтобы разложить поведение волн на составляющие и понять его. Каждый такой участок с заданным рисунком, то есть пиксель, превращает свет в поверхностную волну, распространяющуюся вдоль поверхности чипа. Затем в другой части этого же пикселя поверхностная волна снова рассеивается и превращается в световую волну. Из этих рассеянных волн можно формировать цветные изображения.
Проще говоря, исследователи нанесли на чип микроскопические узоры, которые позволяют управлять тем, как именно складываются световые волны. За счет этого удалось создать пиксели, способные одновременно направлять и анализировать свет.
«Благодаря тому, что необходимые профили поверхности пикселей можно определить с помощью Fourier analysis, мы можем объединить управление и анализ амплитуды, фазы и поляризации в одном пикселе», — заявил в сообщении соавтор исследования Сандер Вонк, постдокторант ETH Zurich. По его словам, Fourier analysis математически довольно проста и не требует сложных моделей.
По мнению авторов работы, у разработки может быть широкий спектр технологических применений в будущем. «Поэтому наши новые пиксели для управления и анализа могут стать полезным инструментом во многих областях», — сказал соавтор исследования Дэвид Норрис, инженер по материалам из ETH Zurich.
Со временем могут появиться пиксели, которые не только захватывают изображение, но и обрабатывают его без участия компьютера.
Впрочем, в ближайшей перспективе у команды более практичные цели. Исследователи хотят создать матрицу из Fourier pixels, которую можно будет использовать в более сложных устройствах, сочетающих возможности камеры и дисплея. Не исключено, что в будущем экран ноутбука сможет еще и фотографировать пользователя.
Разработка показывает, как в одном элементе можно совместить функции экрана и сенсора. Если технологию удастся довести до практического применения, она может упростить конструкцию камер, дисплеев и гибридных устройств. Пока речь идет о раннем этапе исследований, но направление выглядит важным для будущих оптических систем.
Читайте так же:
- Android 17 Beta 1 доступна здесь: Как установить, подходящие устройства и новые функции
- Студенты из Аризоны разработали приложение, которое строит маршрут с минимальным потоотделением
- Исследователи удваивают скорость обучения ИИ, просто сокращая время простоя графического процессора
