Koneet, jotka näkevät esineiden läpi ja ihmiskehossa reaaliajassa, ovat olleet olemassa jo vuosikymmenien ajan. Mutta niiden suuruuden ja kustannusten vuoksi ne löytyvät enimmäkseen lentokentiltä, joissa niitä käytetään seulontaan, tai lääketieteellisiin rakennuksiin, joissa MRI-laitteet - koostuvat useista huoneista - voivat maksaa yli 3 miljoonaa dollaria.
Mutta Sandian kansallisen laboratorion, Rice-yliopiston ja Tokion teknillisen instituutin tutkijoiden yhteistyöllä pyritään tekemään tällaisesta kuvantamisesta paljon siirrettävää ja edullisempaa - muutoksella, jolla voi olla merkittäviä vaikutuksia lääketieteelliseen kuvantamiseen, matkustajien seulontaan ja jopa ruokatarkastuksiin .
Nano Letters -lehdessä yksityiskohtaisesti kuvattu tekniikka käyttää terahertsisäteilyä (tunnetaan myös submillimetriaaltoina niiden aallonpituuksien koon vuoksi), joka on tyypillisesti elektroniikalle käytettyjen pienempien aallonpituuksien ja optikossa käytettävien suurempien aaltojen välillä. Lähetin lähettää aaltoja, mutta toisin kuin suurissa koneissa, ne tarttuvat tiheästi pakattujen hiilinanoputkien ohuesta kalvosta valmistettuun ilmaisimeen, mikä tekee kuvantamisprosessista vähemmän monimutkaista ja tilaa vievää.
Hieman samanlaista tekniikkaa käytetään jo suurissa lentokenttäseulontalaitteissa. Mutta Sandia Labin kirjoittajan François Léonardin mukaan, yksi paperin kirjoittajista, uusi tekniikka käyttää vielä pienempiä aallonpituuksia - välillä 300 gigahertsiä - 3 terahertsiä, millimetriaaltojen normaalin 30-300 gigahertsin taajuuden sijasta.
Pienemmästä aallonpituudesta voi olla hyötyä turvallisuustarkoituksissa, Léonard sanoo: Jotkut räjähteet, jotka eivät ole millimetrialueella niin näkyviä, voidaan nähdä terahertsitekniikalla. Joten nämä ilmaisimet eivät vain antaneet mahdolliseksi nopeampia seulontoja pienemmän koon ansiosta, vaan ne voisivat soveltua paremmin myös potentiaalisten terroristien pysäyttämiseen.
Alan ammattilaisille on ollut haaste löytää materiaaleja, jotka eivät vain absorboi energiaa niin alhaisilla taajuuksilla tehokkaasti, vaan myös muuntavat ne hyödylliseksi elektroniseksi signaaliksi - siksi tunnistustekniikka on todellinen innovaatio. Koska hiilinanoputket (pitkät, ohuet sylinterimäiset hiilimolekyylien sävelmät) ovat erinomaisia absorboimaan sähkömagneettista valoa, tutkijat ovat pitkään olleet kiinnostuneita niiden käytöstä ilmaisimina. Mutta aiemmin, koska terahertsin aallot ovat suuria verrattuna nanoputkien kokoon, ne ovat vaatineet antennin käyttöä, mikä lisää laitteen kokoa, kustannuksia ja tehovaatimuksia.
”[Edellinen] nanoputkistunnistimet käyttivät vain yhtä tai muutamaa nanoputkea”, Léonard sanoo. "Koska nanoputket ovat niin pieniä, terahertsisäteily oli kanavoitava nanoputkeen havaitsemisen parantamiseksi."
Nyt tutkijat ovat kuitenkin löytäneet tavan yhdistää useita nanoputkia tiheästi pakattuun ohutkalvoon yhdistämällä molemmat metalliset nanoputket, jotka absorboivat aallot, ja puolijohtavat nanoputket, jotka auttavat muuttamaan aallot käyttökelpoiseksi signaaliksi. Léonardin mukaan tämän tiheyden saavuttaminen muun tyyppisillä ilmaisimilla olisi erittäin vaikeaa.
Tutkijoiden mukaan tämä tekniikka ei vaadi ylimääräistä voimaa toimiakseen. Se voi toimia myös huoneenlämpötilassa - suuri voitto tietyille sovelluksille, kuten MRI-koneille, jotka on kylvettävä nestemäisessä heliumissa (lämpötilan saavuttaminen noin 450 astetta alle Fahrenheit-arvon) korkealaatuisten kuvien aikaansaamiseksi.
Tämä video antaa kulissien takana kuvan siitä, miltä menettely näyttää:
Rice University -fyysikko Junichiro Kono, yksi paperin muista kirjoittajista, uskoo, että tekniikkaa voidaan käyttää myös parantamaan samoin matkustajien ja lastin turvatarkastukset. Mutta hän uskoo myös, että terahertsitekniikka voisi jonain päivänä korvata tilaa vievät, kalliit MRT-laitteet paljon pienemmällä laitteella.
"Terahertsipohjaisen ilmaisimen mahdolliset parannukset koon, helppouden, kustannusten ja liikkuvuuden suhteen ovat ilmiömäisiä", Kono kertoi Rice Universityn tutkimustarinassa. ”Tämän tekniikan avulla voit mahdollisesti suunnitella kannettavan terahertsin tunnistuskameran, joka kuvaa kasvaimia reaaliajassa tarkasti ja tarkasti. Ja se voitaisiin tehdä ilman MRT-tekniikan pelottavaa luonnetta. "
Léonardin mukaan on liian aikaista kertoa, milloin heidän ilmaisimensa ovat matkalla laboratoriosta todellisiin laitteisiin, mutta hän sanoo, että niitä voidaan ensin käyttää kannettavissa laitteissa ruuan tai muun materiaalin tarkastamiseen vahingoittamatta tai häiritsemättä niitä. Toistaiseksi tekniikka on vielä alkuvaiheessa, rajattu laboratorioon. Meidän on todennäköisesti odotettava, kunnes prototyypit tuotetaan, ennen kuin tiedämme tarkalleen, missä nämä terahertsitunnistimet toimivat parhaiten.
