Ao contrário da sabedoria convencional, o que você vê é não sempre o que você recebe. Existem limites difíceis para o que o olho humano é capaz de perceber. Por exemplo, na maioria dos casos, não podemos dizer a diferença entre tecido regular e cancerígeno. Da mesma forma, não podemos ver os poluentes que estão flutuando no ar ou identificar deficiências nutrientes específicas nas culturas. Para empregos como esses, precisamos de ferramentas que possam nos dar uma visão mais detalhada do mundo.
A detecção espectral é uma dessas ferramentas. Usar essa tecnologia, materiais, biomarcadores, tecido anormal e assim por diante pode ser identificado analisando a maneira complexa de interagir com a luz. Dado o que a detecção espectral é capaz, é uma ferramenta extremamente útil. No entanto, os sistemas existentes são altamente complexos e muito caros, o que significa que eles são impraticáveis para a maioria dos casos de uso e raramente veem a luz do dia fora de um laboratório de pesquisa ou ambiente industrial.
Um esquema do sensor óptico (📷: X. Cui et al.)
Agora, pesquisadores da Universidade Aalto, na Finlândia, estão mudando essa narrativa. Ao combinar {hardware} miniaturizado com algoritmos inteligentes, eles desenvolveram um dispositivo de detecção espectral Isso é pequeno o suficiente para caber em um smartphone ou dispositivo vestível.
Quão pequeno é esse sensor? Muito. Ele mede apenas 5 micrômetros por 5 micrômetros-uma área 200 vezes menor que a seção transversal de um cabelo humano. No entanto, esse pequeno sensor é capaz de precisão incrível, distinguindo entre milhares de cores com uma precisão de identificação de comprimento de onda de aproximadamente 0,2 nanômetros. Esse nível de precisão o torna capaz de identificar materiais como corantes orgânicos, metais, semicondutores e dielétricos
Diferentemente dos sensores espectrais tradicionais que dependem de grandes componentes ópticos, como prismas ou grades, esse novo sensor usa suas respostas elétricas à luz para realizar a diferenciação espectral. Essa abordagem não apenas reduz o tamanho e o custo do dispositivo, mas também facilita a integração dos dispositivos cotidianos.
Corantes orgânicos que foram identificados pelo sistema (📷: X. Cui et al.)
O dispositivo funciona expondo o sensor a várias cores de luz durante sua fase de treinamento. Em seguida, gera impressões digitais elétricas exclusivas para cada tipo de luz, que são decodificadas por algoritmos avançados. Esse novo método permite que o sensor analise a luz de uma maneira que elimina a necessidade de componentes ópticos volumosos, tornando -o superb para aplicações que requerem portabilidade e escalabilidade.
Nos testes de laboratório, o sensor demonstrou sua capacidade de identificar comprimentos de onda desconhecidos com um alto nível de precisão. Atingiu uma precisão de identificação de comprimento de onda de 0,19 nanômetros em aplicações de espaço livre. Além disso, quando integrado a um guia de ondas de silício, a precisão do dispositivo permaneceu competitiva, chegando a 2,45 nanômetros. Em outros testes, o sistema demonstrou ser capaz de classificar as impressões digitais espectrais exclusivas de uma variedade de substâncias, como corantes orgânicos, metais e semicondutores, com um alto grau de certeza
Apesar desses resultados promissores, os pesquisadores reconhecem que os desafios permanecem. Ruído em sinais elétricos, miniaturização do dispositivo e variabilidade do materials são alguns fatores que podem afetar negativamente o desempenho do sistema. Abordar essas questões será importante à medida que a tecnologia passa do laboratório de pesquisa para aplicações comerciais, onde “bom o suficiente” não será mais bom o suficiente.