超人的X射線視覺超能力現在可以由一台手持裝置呈現
超人的超能力之一是X 射線視力,這使他能夠看穿固體物體。德州大學達拉斯分校(UTD)和首爾國立大學(SNU)的研究人員以超人為靈感源泉,利用一種小到足以裝進智慧型手機的成像晶片,將透視包裝和穿牆的能力變為現實。
研究人員創造了一種微小的晶片,可以透過紙板拍攝物體的影像。這項技術可以裝在智慧型手機裡,讓我們離超人的X 光透視能力更近了一步(沒有X 光)。
德州大學電機工程教授、德州模擬卓越中心(TxACE)主任、該研究的共同作者之一肯尼斯-奧(Kenneth O)說:「這項技術就像超人的X射線視覺。
這款成像儀微晶片技術於2022 年首次展示,是O 及其學生、研究人員和合作者團隊15 年多工作的結晶。晶片發射太赫茲(THz)範圍的輻射,即頻率範圍在0.1 太赫茲(100 千兆赫)到10 太赫茲之間的電磁輻射,對應波長從3 毫米到0.03 毫米不等。這些電波人眼看不見,被認為是安全的,其頻率高於無線電波和微波,但低於紅外線。
透過2022 年的模型,O 證明了微型晶片產生的430 GHz 光束可以穿過霧、灰塵和其他光學光無法穿透的障礙物。它們從物體上反彈並反射回微晶片,像素接收訊號並產生影像。這種成像器並不依賴外部透鏡,通常使用外部透鏡可以提高影像的清晰度和銳利度。相反,它採用了互補金屬氧化物半導體(CMOS)技術,這種技術用於製造現代消費性電腦處理器、儲存晶片和其他數位設備。
CMOS已成為產生和偵測太赫茲訊號的一種經濟實惠的方式,尤其是在200千兆赫及更高的頻率下,它能提供更好的解析度。因此,研究人員開始著手改進其2022 型號的影像質量,並使該技術小巧到足以裝入手持設備。新的成像晶片使用了由296 GHz CMOS 像素組成的1 x 3 陣列,而且同樣沒有鏡頭。
“我們設計的晶片沒有透鏡或光學元件,因此可以安裝在行動裝置中,”論文的通訊作者、上海交通大學電子與電腦工程系助理教授Wooyeol Choi 說。 “像素透過偵測目標物體反射的訊號來產生影像,其形狀為0.5 毫米的正方形,大小與沙粒差不多。”
經過測試,該技術可以在大約一公分(0.4 英吋)遠的地方對覆蓋著硬紙板的物體(一個USB 加密狗、一個刀片、一個集成電路和一個塑膠墊圈)進行成像。出於安全和保護隱私的考慮,研究人員特意讓成像儀在離物體如此近的距離進行掃描。從根本上說,這樣做是為了打消人們的顧慮,例如小偷可能會利用該設備從遠處掃描某人包包裡的物品。研究人員計劃使下一次迭代能夠捕捉到五英寸(12.7 厘米)遠的圖像。
德州儀器(TI)基爾比實驗室(Kilby Labs)射頻/毫米波和高速研究主管布萊恩-金斯伯格(Brian Ginsburg)說:”經過15年的研究,像素性能提高了1億倍,再加上數位訊號處理技術,才使這次成像演示成為可能。
根據研究人員的設想,他們的智慧型手機微型晶片成像儀將用於各種用途,從尋找牆壁背後的牆柱和木樑,到識別管道裂縫以及信封和包裹的內容。他們也認為,它還可以應用於醫療領域。
德州儀器公司(TI)毫米波和高頻微系統基礎技術研究計畫和三星全球研究拓展計畫為這項研究提供了支持。
這項研究發表在《IEEE 太赫茲科學與技術論文集》(IEEE Transactions on Terahertz Science and Technology)。