تطوير جهاز استشعار كمي ذكي قد يحدث نقلة في الفلك والصحة
طور فريق بحثي مشترك من جامعتي ييل وتكساس الأمريكيتين، جهاز استشعار كمي ذكيا يكشف شدة الضوء معتمدا على خاصية التواء المواد، ما قد يحدث نقلة نوعية في مجالات علم الفلك والرعاية الصحية والاستشعار عن بعد.
ويبلغ حجم الجهاز جزءا من الألف من المقطع العرضي لشعر الإنسان، ويكشف عن شدة الضوء واستقطابه وطوله الموجي، مع الاستفادة من الخصائص الكمومية للإلكترونات.
واكتشف الباحثون حديثا، أن التواء بعض المواد في زوايا محددة يشكل ما يعرف باسم "مواد تموج في النسيج"، تُنشئ خصائص غير مكتشفة سابقا، ونشروا نتائج دراستهم في مجلة نيتشر العلمية.
واستخدم الباحثون في تطوير الجهاز، الجرافين ثنائي الطبقة الملتوي، أي طبقتين ذريتين من ذرات الكربون المكدسة الطبيعية مع تطور بسيط في الدوران.
ويقدم جهاز الاستشعار الكمي الذكي خصائص فيزيائية مهمة لا توجد في الأجهزة ذات التماثل الأكبر، بفضل خاصية الالتواء المخفضة من التماثل البلوري، والمواد الذرية قليلة التماثل.
وتمكن الباحثون بفضل جهاز الاستشعار الذكي من إيجاد ما يعرف بالتأثير الكهروضوئي (بي بي في إيه)، وهي عملية تحول الضوء إلى كهرباء، وتعطي استجابة تعتمد على شدة الضوء واستقطابه وطوله الموجي.
وضبط الباحثون الجرافين ثنائي الطبقة الملتوي في عملية التأثير الكهروضوئي بشكل أكبر بوسائل كهربائية خارجية، ما سمح لهم بإنشاء "بصمات أصابع ثنائية الأبعاد" من الفولتية الضوئية لكل ضوء ساقط مختلف.
واقترح الباحثون فكرة تطبيق شبكة عصبية تلافيفية، وهي نوع من الشبكات العصبية الاصطناعية المستخدمة سابقا للتعرف على الصور، في فك رموز بصمات الأصابع، ما ساعدهم في تطوير الجهاز.
وقال تشاو ما، وهو باحث مشارك في الدراسة: "يمكن لجهاز ذكي واحد أن ينوب عن العناصر البصرية الضخمة والمعقدة والمكلفة المستخدمة لالتقاط معلومات الضوء، ما يوفر المساحة ويقلل التكلفة بشكل كبير"؛ وفقا للموقع التكنولوجي "دوت أورج".
ويقدم جهاز الاستشعار الكمي الذكي وعودا بتطورات مستقبلية في مجال البصريات، بناء على خاصية التواء المواد، فضلا عن مساهمته في مجالات علم الفلك، والعلوم الصحية، وتطبيقات الاستشعار عن بعد.
