La invención de un sensor microscópico vernáculo que puede identificar innumerables materiales con una precisión sin precedentes está preparada para revolucionar nuestro enfoque de la atención médica, la seguridad alimentaria y más.
Imaginemos teléfonos inteligentes que puedan diagnosticar enfermedades, detectar medicamentos falsificados o advertir sobre alimentos en mal estado. La detección espectral es una técnica poderosa que identifica materiales analizando cómo interactúan con la luz, revelando muchos más detalles de los que el ojo humano puede ver.
Tradicionalmente, esta tecnología requería sistemas costosos, limitados a laboratorios y aplicaciones industriales. Pero ¿qué pasaría si esa capacidad pudiera miniaturizarse para caber dentro de un teléfono inteligente o dispositivo portátil?
Investigadores de la Universidad Aalto en Finlandia han combinado hardware miniaturizado y algoritmos inteligentes para crear una herramienta poderosa que es compacta, rentable y capaz de resolver problemas del mundo real en campos como la atención médica, la seguridad alimentaria y la conducción autónoma.
“Es similar a cómo los artistas han entrenado sus ojos para distinguir cientos de colores sutiles”, explica Zappeson, profesor e investigador principal. “Nuestro dispositivo” está capacitado para reconocer firmas luminosas complejas que son imperceptibles para el ojo humano, logrando un nivel de precisión comparable al de sensores más grandes que normalmente se encuentran en los laboratorios. ‘
A diferencia de los sensores espectrales convencionales, que requieren componentes ópticos grandes como prismas o rejillas, este sensor logra una discriminación espectral a través de su respuesta eléctrica a la luz, lo que lo hace ideal para su integración en dispositivos pequeños. Los investigadores demostraron su capacidad para identificar materiales directamente por su luminiscencia, incluidos tintes orgánicos, metales, semiconductores y dieléctricos.
“Nuestro innovador enfoque de detección espectral simplifica los desafíos en la identificación de materiales y el análisis de estructuras”, dice el autor principal del estudio, Xiaoqi Cui, quien recientemente defendió su tesis doctoral en la Universidad de Aalto. Esta notable innovación combina interfaces optoelectrónicas sintonizables con algoritmos avanzados, lo que abre nuevas posibilidades para aplicaciones en fotónica integrada y más.
Durante su entrenamiento, el dispositivo estuvo expuesto a una amplia gama de colores de luz, lo que le permitió “aprender” y desarrollar huellas eléctricas únicas para cada tipo de luz. Luego, estas huellas dactilares se decodifican mediante algoritmos inteligentes, lo que permite que el sensor identifique con precisión los materiales y analice sus propiedades en función de su interacción con la fuerza.
Con unas medidas de sólo 5 micrómetros por 5 micrómetros (un área 200 veces más pequeña que la sección transversal de un cabello humano), el dispositivo logra una precisión máxima excepcional en la identificación de la longitud de onda de ~0,2 nanómetros, lo que le permite detectar miles de colores y ayuda a diferenciarlos. En el núcleo de este sensor se encuentra una interfaz optoelectrónica cuidadosamente diseñada que permite un control preciso del flujo eléctrico mediante el ajuste de voltaje. Esta inusual capacidad de ajuste permite que el sensor interactúe con la luz de varias maneras distintas, creando una “fotorrespuesta multidimensional”.
“Este trabajo es un importante paso adelante para poner la identificación espectroscópica al alcance de todos”, explica el coautor principal Fedor Nigamtulin, investigador doctoral. “Al integrar este hardware ultracompacto con algoritmos inteligentes, hemos dado un paso importante hacia espectrómetros pequeños y portátiles que algún día podrían reemplazar a la electrónica de consumo”.
Con su rendimiento innovador, diseño capaz y durabilidad, el equipo de investigación espera que este pequeño sensor pronto lleve el poder de la espectroscopia avanzada a los dispositivos que utilizamos todos los días.
La investigación fue publicada en línea a las 22DAKOTA DEL NORTE en enero Avances de la ciencia
