Исследователи создали «самый маленький светодиод» и стремятся превратить камеры смартфонов в голографические микроскопы
Этот крошечный кремний меньше длины волны излучаемого света. ВЕЛ может означать большой прорыв в микроскопии и многом другом.
Исследовательская группа из Альянса исследований и технологий Сингапура и MIT (SMART) утверждает, что создала «самый маленький в мире светодиод» — и утверждает, что в будущем эту технологию можно будет использовать для превращения камер смартфонов в микроскопы высокого разрешения.
«Наш прорыв представляет собой доказательство концепции, которая может иметь огромное значение для многочисленных приложений, требующих использования микросветодиодов», — утверждает Иксунг Канг, научный сотрудник Массачусетского технологического института на момент реализации проекта и ведущий автор статьи с подробным описанием. работа. «Например, этот светодиод можно объединить в массив для более высокого уровня освещенности, необходимого для более масштабных приложений».
Самый маленький в мире светодиод (a.b.c) с некоторыми возможностями машинного обучения может превратить будущие смартфоны в микроскопы (г, д, е).
«Кроме того, — продолжает Канг, — благодаря низкой стоимости и масштабируемости микроэлектронных КМОП-процессов это можно сделать без увеличения сложности, стоимости или форм-фактора системы. Это позволяет нам с относительной легкостью преобразовать мобильную камеру телефона в голографический микроскоп. Более того, управляющая электроника и даже имидж-сканер могут быть интегрированы в один и тот же чип, используя при этом имеющуюся электронику, создавая таким образом микросветодиод «все в одном», который может радикально изменить мир. поле."
Кремниевый светодиод, созданный командой, определенно крошечный — что интересно, даже меньше, чем длина волны излучаемого им света. Несмотря на это, его интенсивность света эквивалентна гораздо более крупным кремниевым светодиодам — и он достаточно мощный, чтобы привести в действие прототип голографического микроскопа, что составляет основу заявлений команды о возможности превращать камеры смартфонов в микроскопы посредством интеграции Светодиоды на кремниевом уровне.
Однако для того, чтобы микроскоп — автономный или встроенный в смартфон — работал, требуется умное программное обеспечение. В данном случае это программное обеспечение представляет собой алгоритм глубокой нейронной сети, который способен превращать измерения, сделанные с помощью того, что команда называет «голографическим микроскопом», в реконструированные объекты. В ходе испытаний сочетание аппаратного и программного обеспечения оказалось способным всматриваться в такие маленькие объекты, как клетки и бактерии, без громоздкой оптики.
Используя крошечные светодиоды и нейронную сеть, команда создала крошечные «голографические микроскопы».
«Помимо своего огромного потенциала в безлинзовой голографии, наш новый светодиод имеет широкий спектр других возможных применений», — утверждает соавтор Раджив Рам, профессор электротехники Массачусетского технологического института и соавтор.
«Поскольку его длина волны находится в пределах минимального окна поглощения биологических тканей, а также его высокая интенсивность и наноразмерная область излучения, наш светодиод может быть идеальным для приложений биоизображения и биосенсорства, включая ближнепольную микроскопию и имплантируемые КМОП-устройства». , можно интегрировать этот светодиод со встроенными фотодетекторами, и тогда он может найти дальнейшее применение во внутрикристальной связи, датчике приближения NIR [ближнего инфракрасного диапазона] и тестировании фотоники на пластине».
Статья команды о кремниевом светодиоде была опубликована в журнале Nature Communications, а глубокая нейронная сеть для голографической микроскопии описана в статье, опубликованной в Optica — обе в открытом доступе.