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May 23, 2024

Tecnologia Tricorder: usando seu smartphone como um alto

Pesquisadores da SMART criam o menor microscópio LED e holográfico do mundo que permite a conversão de câmeras de telefones celulares existentes em microscópios de alta resolução Pesquisadores do Disruptive &

Pesquisadores da SMART criam o menor microscópio LED e holográfico do mundo que permite a conversão de câmeras de telefones celulares existentes em microscópios de alta resolução

Pesquisadores dos Grupos de Pesquisa Interdisciplinar (IRG) de Tecnologias Disruptivas e Sustentáveis ​​para Precisão Agrícola (DiSTAP) e Critical Analytics for Manufacturing Personalized-Medicine (CAMP) da Aliança para Pesquisa e Tecnologia de Cingapura-MIT (SMART), empresa de pesquisa do MIT em Cingapura, desenvolveu o menor LED (diodo emissor de luz) do mundo que permite a conversão de câmeras de telefones celulares existentes em microscópios de alta resolução.

Menor que o comprimento de onda da luz, o novo LED foi usado para construir o menor microscópio holográfico do mundo, abrindo caminho para que as câmeras existentes em dispositivos cotidianos, como telefones celulares, fossem convertidas em microscópios apenas por meio de modificações no chip de silício e no software. Esta tecnologia também representa um avanço significativo na miniaturização do diagnóstico para agricultores internos e na agricultura sustentável.

Esta descoberta foi complementada pelo desenvolvimento pelos investigadores de um revolucionário algoritmo de rede neural que é capaz de reconstruir objetos medidos pelo microscópio holográfico, permitindo assim um exame melhorado de objetos microscópicos, como células e bactérias, sem a necessidade de microscópios convencionais volumosos ou óptica adicional. A pesquisa também abre caminho para um grande avanço na fotônica – a construção de um poderoso emissor no chip menor que um micrômetro, o que há muito é um desafio na área.

A luz na maioria dos chips fotônicos se origina de fontes fora do chip, o que leva a uma baixa eficiência energética geral e limita fundamentalmente a escalabilidade desses chips. Para resolver esse problema, os pesquisadores desenvolveram emissores no chip usando vários materiais, como vidro dopado com terras raras, Ge-on-Si e materiais III-V heterogeneamente integrados. Embora os emissores baseados nesses materiais tenham mostrado um desempenho de dispositivo promissor, a integração de seus processos de fabricação em plataformas padrão de semicondutores de óxido metálico complementar (CMOS) permanece um desafio. Embora o silício (Si) tenha mostrado potencial como material candidato para emissores em nanoescala e individualmente controláveis, os emissores de Si sofrem de baixa eficiência quântica devido ao bandgap indireto, e esta desvantagem fundamental combinada com as limitações estabelecidas pelos materiais disponíveis e ferramentas de fabricação tem dificultado a realização de um pequeno emissor nativo de Si em CMOS.

Em um artigo publicado recentemente pela Nature Communications intitulado “Um LED de Si de sub-comprimento de onda integrado em uma plataforma CMOS”, os pesquisadores da SMART descreveram o desenvolvimento do menor emissor de Si relatado com uma intensidade de luz comparável à do Si de última geração. emissores com áreas de emissão muito maiores. Em um avanço relacionado, os pesquisadores da SMART também revelaram a construção de uma arquitetura de rede neural profunda nova e não treinada, capaz de reconstruir imagens de um microscópio holográfico em um artigo intitulado “Recuperação espectral simultânea e holografia de micro-LED CMOS com uma rede neural profunda não treinada”. publicado recentemente na revista Optica.

O novo LED desenvolvido pelos pesquisadores SMART é um LED de escala de subcomprimento de onda integrado ao CMOS à temperatura ambiente exibindo alta intensidade espacial (102 ± 48 mW/cm2) e possuindo a menor área de emissão (0,09 ± 0,04 μm2) entre todos os emissores de Si conhecidos em Literatura científica. A fim de demonstrar uma aplicação prática potencial, os pesquisadores integraram este LED em um microscópio holográfico em linha, em escala centimétrica, todo em silício, sem necessidade de lente ou orifício, parte integrante de um campo conhecido como holografia sem lente.

Um obstáculo comumente enfrentado na holografia sem lente é a reconstrução computacional do objeto fotografado. Os métodos tradicionais de reconstrução requerem conhecimento detalhado da configuração experimental para uma reconstrução precisa e são sensíveis a variáveis ​​difíceis de controlar, como aberrações ópticas, presença de ruído e problema de imagem dupla.