Mașinile care pot vedea prin obiecte și în interiorul corpului uman în timp real sunt în jur de zeci de ani. Dar, din cauza volumului și a costurilor lor, acestea se găsesc mai ales în aeroporturi, unde sunt folosite pentru screening sau în clădiri medicale, unde instalațiile RMN - compuse din mai multe camere - pot costa în valoare de 3 milioane de dolari.
Dar un efort de colaborare între oamenii de știință de la Sandia National Laboratories, Universitatea Rice și Institutul de Tehnologie din Tokyo urmărește să facă acest tip de imagistică mult mai portabil și mai accesibil - o schimbare care ar putea avea implicații majore pentru imagistică medicală, screeningul pasagerilor și chiar inspecția alimentelor. .
Tehnica, detaliată în jurnalul Nano Letters, folosește radiații terahertz (cunoscute și sub numele de unde submillimetrice, datorită mărimii lungimilor lor de undă), care se încadrează între lungimile de undă mai mici utilizate în mod obișnuit pentru electronică și undele mai mari utilizate pentru optică. Undele sunt emise de un emițător, dar spre deosebire de mașinile mai mari, sunt interceptate de un detector realizat dintr-o peliculă subțire de nanotuburi de carbon dens ambalate, ceea ce face ca procesul de imagistică să fie mai puțin complex și mai voluminos.
O tehnologie similară este deja folosită în dispozitivele mari de screening a aeroportului. Dar, conform lui François Léonard, Sandia Lab, unul dintre autorii lucrării, noua tehnică folosește chiar și lungimi de undă chiar mai mici - între 300 gigahertz și 3 terahertz, în loc de frecvența standard a undelor milimetrice între 30 și 300 gigahertz.
Mărimea mai mică a lungimii de undă ar putea fi utilă în scopuri de securitate, spune Léonard: Unii explozivi care nu sunt la fel de vizibili în raza de milimetru pot fi văzuți cu tehnologia terahertz. Așadar, nu numai că acești detectori ar putea permite depistări mai rapide, datorită dimensiunilor lor mai mici, dar ar putea fi mai potriviți pentru sarcina de a opri potențialii teroriști.
A fost o provocare pentru cei din industrie să găsească materiale care nu numai că pot absorbi energia la frecvențe atât de mici în mod eficient, dar le și transformă într-un semnal electronic util - motiv pentru care tehnologia de detectare este adevărata inovație. Deoarece nanotuburile de carbon (melodii cilindrice lungi și subțiri ale moleculelor de carbon) excelează la absorbția luminii electromagnetice, cercetătorii au fost mult timp interesați de utilizarea lor ca detectori. Dar în trecut, deoarece undele terahertz sunt mari în comparație cu dimensiunea nanotuburilor, au fost necesare utilizarea unei antene, care se adaugă la dimensiunea, costul și cerințele de putere ale dispozitivului.
"[Anterior] detectoarele de nanotuburi au folosit doar unul sau câteva nanotuburi", spune Léonard. "Deoarece nanotuburile sunt atât de mici, radiația terahertz a trebuit să fie puse în nanotub pentru a îmbunătăți detectivitatea."
Acum, însă, cercetătorii au găsit o modalitate de a combina mai multe nanotuburi într-un film subțire dens împachetat, combinând atât nanotuburi metalice, care absorb undele, cât și nanotuburi semiconductoare, care ajută la transformarea undelor într-un semnal utilizabil. Léonard spune că atingerea acestei densități cu alte tipuri de detectoare ar fi extrem de dificilă.
Potrivit cercetătorilor, această tehnică nu necesită o putere suplimentară pentru a opera. De asemenea, poate funcționa la temperatura camerei - un câștig important pentru anumite aplicații, cum ar fi aparatele RMN, care trebuie scăldate în heliu lichid (atingând temperaturi de aproximativ 450 de grade sub zero Fahrenheit) pentru a obține imagini de înaltă calitate.
Acest videoclip oferă un aspect din spatele scenei cum arată procedura:
Fizicianul Universității Rice, Junichiro Kono, unul dintre ceilalți autori ai lucrării, consideră că tehnologia poate fi folosită și pentru a îmbunătăți proiecții de securitate a pasagerilor și încărcăturii. Dar, de asemenea, consideră că tehnologia terahertz ar putea într-o bună zi să înlocuiască aparatele RMN voluminoase și scumpe cu un dispozitiv mult mai mic.
"Potențialele îmbunătățiri ale dimensiunii, ușurința, costul și mobilitatea unui detector bazat pe terahertz sunt fenomenale", a spus Kono într-o poveste a Universității Rice despre cercetare. „Cu această tehnologie, puteți concepe o cameră de detectare de terahertz de mână care să imagineze tumorile în timp real cu o precizie precisă. Și s-ar putea face fără natura intimidantă a tehnologiei RMN. ”
Léonard spune că este prea curând să spună când detectoarele lor vor face drumul de la laborator la dispozitivele reale, dar el spune că ar putea fi folosite mai întâi în dispozitive portabile pentru a inspecta alimentele sau alte materiale, fără a le deteriora sau deranja. Deocamdată, tehnica este încă la început, limitată la laborator. Probabil va trebui să așteptăm până la producerea prototipurilor înainte de a ști exact unde vor funcționa cel mai bine aceste detectoare de terahertz.
