Maszyny, które potrafią w czasie rzeczywistym widzieć przez przedmioty i wnętrze ludzkiego ciała, istnieją od dziesięcioleci. Ale ze względu na ich masę i koszty najczęściej znajdują się na lotniskach, gdzie są wykorzystywane do badań przesiewowych lub w budynkach medycznych, gdzie urządzenia do rezonansu magnetycznego - składające się z wielu pomieszczeń - mogą kosztować nawet 3 miliony dolarów.
Ale wspólny wysiłek naukowców z Sandia National Laboratories, Rice University i Tokyo Institute of Technology ma na celu uczynienie tego rodzaju obrazowania bardziej przenośnym i przystępnym cenowo - zmiana, która może mieć poważne konsekwencje dla obrazowania medycznego, badań przesiewowych pasażerów, a nawet kontroli żywności .
Technika ta, szczegółowo opisana w czasopiśmie Nano Letters, wykorzystuje promieniowanie terahercowe (znane również jako fale submilimetrowe ze względu na rozmiar ich długości fal), które mieści się między mniejszymi długościami fal zwykle stosowanymi w elektronice i większymi falami używanymi w optyce. Fale są emitowane przez nadajnik, ale w przeciwieństwie do większych maszyn, są one przechwytywane przez detektor wykonany z cienkiej warstwy gęsto upakowanych nanorurek węglowych, dzięki czemu proces obrazowania jest mniej złożony i nieporęczny.
Nieco podobna technologia jest już stosowana w dużych urządzeniach do kontroli lotnisk. Ale według François Léonarda z Sandia Lab, jednego z autorów artykułu, nowa technika wykorzystuje jeszcze mniejsze długości fal - od 300 gigaherców do 3 teraherców, zamiast standardowej częstotliwości 30 do 300 gigaherców fal milimetrowych.
Mniejszy rozmiar fali może być pomocny ze względów bezpieczeństwa, mówi Léonard: Niektóre materiały wybuchowe, które nie są tak widoczne w zakresie milimetrowym, można zobaczyć dzięki technologii terahercowej. Dzięki tym mniejszym rozmiarom wykrywacze te mogły nie tylko umożliwić szybsze kontrole, ale także lepiej nadawałyby się do zatrzymania potencjalnych terrorystów.
Znalezienie materiałów, które mogą nie tylko efektywnie absorbować energię przy tak niskich częstotliwościach, ale również przekształcić je w użyteczny sygnał elektroniczny, stanowi wyzwanie. Dlatego właśnie technologia wykrywania jest prawdziwą innowacją. Ponieważ nanorurki węglowe (długie, cienkie cylindryczne melodie cząsteczek węgla) przodują w absorpcji światła elektromagnetycznego, badacze od dawna interesują się ich zastosowaniem jako detektorów. Ale w przeszłości, ponieważ fale terahercowe są duże w porównaniu do wielkości nanorurek, wymagały użycia anteny, co zwiększa rozmiar urządzenia, koszty i wymagania energetyczne.
„[Poprzednie] detektory nanorurek używały tylko jednej lub kilku nanorurek”, mówi Léonard. „Ponieważ nanorurki są tak małe, promieniowanie terahercowe musiało zostać skierowane do nanorurki, aby poprawić wykrywalność”.
Teraz jednak naukowcy znaleźli sposób na połączenie kilku nanorurek w gęsto upakowaną cienką warstwę, łącząc zarówno metalowe nanorurki, które absorbują fale, jak i półprzewodnikowe nanorurki, które pomagają przekształcić fale w użyteczny sygnał. Léonard mówi, że osiągnięcie tej gęstości przy użyciu innych rodzajów detektorów byłoby niezwykle trudne.
Według naukowców technika ta nie wymaga dodatkowej mocy do działania. Może także działać w temperaturze pokojowej - duża wygrana dla niektórych zastosowań, takich jak aparaty MRI, które muszą być kąpane w ciekłym helu (osiągając temperatury około 450 stopni poniżej zera Fahrenheita), aby uzyskać obrazy wysokiej jakości.
Ten film pokazuje za kulisami, jak wygląda procedura:
Junichiro Kono, fizyk z Rice University, uważa, że technologia może być również wykorzystana do poprawy kontrole bezpieczeństwa pasażerów i ładunku. Ale wierzy również, że technologia terahercowa może pewnego dnia zastąpić nieporęczne, drogie urządzenia do rezonansu magnetycznego urządzeniem o wiele mniejszym.
„Potencjalna poprawa wielkości, łatwości, kosztów i mobilności detektora opartego na terahercach jest fenomenalna”, powiedział Kono w artykule z badań Uniwersytetu Ryżu. „Dzięki tej technologii można sobie wyobrazić ręczną kamerę do wykrywania teraherców, która wyświetla guzy w czasie rzeczywistym z najwyższą dokładnością. I można tego dokonać bez zastraszającej natury technologii MRI. ”
Léonard mówi, że jest zbyt wcześnie, aby powiedzieć, kiedy ich detektory trafią z laboratorium do rzeczywistych urządzeń, ale twierdzi, że mogą być najpierw użyte w urządzeniach przenośnych do kontroli żywności lub innych materiałów bez ich uszkadzania lub zakłócania. Na razie technika ta jest jeszcze w powijakach i jest ograniczona do laboratorium. Prawdopodobnie będziemy musieli poczekać, aż zostaną wyprodukowane prototypy, zanim będziemy wiedzieć dokładnie, gdzie te detektory terahercowe będą najlepiej działać.
