I ricercatori costruiscono il "LED più piccolo" e mirano a trasformare le fotocamere degli smartphone in microscopi olografici
Più piccolo della lunghezza d'onda della luce che emette, questo minuscolo silicio GUIDATO potrebbe significare un grande passo avanti per la microscopia e altro ancora.
Un gruppo di ricerca dell’Alleanza Singapore-MIT per la ricerca e la tecnologia (SMART) afferma di aver costruito “il LED più piccolo del mondo” e afferma che la tecnologia potrebbe essere utilizzata in futuro per trasformare le fotocamere degli smartphone in microscopi ad alta risoluzione.
"La nostra innovazione rappresenta una prova di concetto che potrebbe avere un enorme impatto per numerose applicazioni che richiedono l'uso di micro-LED", afferma Iksung Kang, assistente di ricerca presso il Massachusetts Institute of Technology all'epoca del progetto e autore principale dell'articolo che descrive in dettaglio il lavoro. "Ad esempio, questo LED potrebbe essere combinato in una serie per livelli più elevati di illuminazione necessari per applicazioni su larga scala."
Il LED più piccolo del mondo (a.b.c), con alcune funzionalità di apprendimento automatico, potrebbe trasformare i futuri smartphone in microscopi (d, e, f).
"Inoltre", continua Kang, "grazie al basso costo e alla scalabilità dei processi CMOS microelettronici, ciò può essere fatto senza aumentare la complessità, il costo o il fattore di forma del sistema. Ciò ci consente di convertire, con relativa facilità, un dispositivo mobile fotocamera del telefono in un microscopio olografico Inoltre, l'elettronica di controllo e persino l'imager potrebbero essere integrati nello stesso chip sfruttando l'elettronica disponibile nel processo, creando così un micro-LED "tutto in uno" che potrebbe essere trasformativo per il. campo."
Il LED al silicio creato dal team è decisamente minuscolo – addirittura più piccolo, cosa interessante, della lunghezza d’onda della luce che emette. Nonostante ciò, la sua intensità luminosa è equivalente a LED al silicio molto più grandi ed è abbastanza potente da pilotare un prototipo di microscopio olografico, che costituisce la base delle affermazioni del team di essere in grado di convertire le fotocamere degli smartphone in microscopi attraverso l'integrazione del LED a livello di silicio.
Per far funzionare effettivamente il microscopio, autonomo o integrato in uno smartphone, è necessario un software intelligente. In questo caso, il software è un algoritmo di rete neurale profonda in grado di trasformare le misurazioni effettuate da quello che il team chiama un “microscopio olografico” in oggetti ricostruiti. Durante i test, la combinazione hardware e software si è dimostrata in grado di scrutare oggetti piccoli come cellule e batteri senza ottiche ingombranti.
Utilizzando minuscoli LED e una rete neurale, il team ha creato minuscoli “microscopi olografici”.
"Oltre al suo immenso potenziale nell'olografia senza lenti, il nostro nuovo LED ha una vasta gamma di altre possibili applicazioni", afferma il coautore Rajeev Ram, professore di ingegneria elettrica al MIT e coautore.
"Poiché la sua lunghezza d'onda rientra nella finestra minima di assorbimento dei tessuti biologici, insieme alla sua area di emissione ad alta intensità e su scala nanometrica, il nostro LED potrebbe essere ideale per applicazioni di bioimaging e biorilevamento, inclusa la microscopia a campo vicino e dispositivi CMOS impiantabili. Inoltre , è possibile integrare questo LED con fotorilevatori su chip e potrebbe quindi trovare ulteriori applicazioni nella comunicazione su chip, nel rilevamento di prossimità NIR [Near Infrared] e nei test su wafer della fotonica."
L'articolo del team sul LED al silicio è stato pubblicato sulla rivista Nature Communications, mentre la rete neurale profonda per la microscopia olografica è descritta in un articolo pubblicato su Optica, entrambi in termini di accesso aperto.