Para ilmuwan mengembangkan sensor medan cahaya baru untuk konstruksi pemandangan 3D dengan resolusi sudut yang belum pernah ada sebelumnya

11 Mei 2023 (Berita Nanowerk) Sebuah tim peneliti dari Fakultas Sains National University of Singapore (NUS), dipimpin oleh Profesor Liu Xiaogang dari Departemen Kimia, telah mengembangkan sensor pencitraan 3D yang memiliki resolusi sudut yang sangat tinggi, yang merupakan kapasitas instrumen optik untuk membedakan titik-titik suatu benda yang dipisahkan oleh jarak sudut kecil, yaitu 0.0018o. Sensor inovatif ini beroperasi dengan prinsip konversi sudut ke warna yang unik, yang memungkinkannya mendeteksi bidang cahaya 3D melintasi sinar-X ke spektrum cahaya tampak. Bidang cahaya meliputi kombinasi intensitas dan arah sinar cahaya, yang dapat diproses oleh mata manusia untuk secara tepat mendeteksi hubungan spasial antar objek. Namun, teknologi penginderaan cahaya tradisional kurang efektif. Sebagian besar kamera, misalnya, hanya dapat menghasilkan gambar dua dimensi, yang cukup untuk fotografi biasa tetapi tidak cukup untuk aplikasi yang lebih canggih, termasuk realitas virtual, mobil self-driving, dan pencitraan biologis. Aplikasi ini membutuhkan konstruksi adegan 3D yang tepat dari ruang tertentu. Misalnya, mobil self-driving dapat menggunakan pengindraan bidang cahaya untuk melihat jalan dan menilai bahaya di jalan dengan lebih akurat sehingga dapat menyesuaikan kecepatannya. Penginderaan bidang cahaya juga memungkinkan ahli bedah untuk secara akurat menggambarkan anatomi pasien pada kedalaman yang bervariasi, memungkinkan mereka membuat sayatan yang lebih tepat dan menilai risiko cedera pasien dengan lebih baik. “Saat ini, detektor medan cahaya menggunakan serangkaian lensa atau kristal fotonik untuk mendapatkan banyak gambar dari ruang yang sama dari berbagai sudut. Namun, mengintegrasikan elemen-elemen ini ke dalam semikonduktor untuk penggunaan praktis sangatlah rumit dan mahal,” jelas Prof Liu. “Teknologi konvensional dapat mendeteksi medan cahaya hanya dalam rentang panjang gelombang sinar ultraviolet hingga cahaya tampak, yang mengarah pada penerapan terbatas dalam penginderaan sinar-X.” Selain itu, dibandingkan dengan sensor medan cahaya lainnya seperti rangkaian lensa mikro, sensor medan cahaya tim NUS memiliki rentang pengukuran sudut lebih besar dari 80 derajat, resolusi sudut tinggi yang berpotensi kurang dari 0.015 derajat untuk sensor yang lebih kecil, dan a rentang respons spektral yang lebih luas antara 0.002 nm dan 550 nm. Spesifikasi ini membuat novel sensor mampu menangkap gambar 3D dengan resolusi kedalaman yang lebih tinggi. Struktur penginderaan sudut skala besar yang terdiri dari nanocrystal phospors, komponen kunci sensor, diterangi di bawah sinar ultraviolet. Tiga fosfor pemancar cahaya yang menghasilkan cahaya merah, hijau, dan biru diatur dalam pola untuk menangkap informasi sudut detail yang kemudian digunakan untuk konstruksi gambar 3D. Tim juga sedang mempertimbangkan untuk menggunakan bahan lain untuk struktur tersebut. (Gambar: NUS) Terobosan tersebut dipublikasikan di jurnal Alam (“Deteksi bidang cahaya X-ray-to-visible melalui konversi warna pixelated”).

Dimungkinkan oleh nanocrystals perovskite

Inti dari sensor medan cahaya baru adalah anorganik nanokristal perovskite - senyawa yang memiliki sifat optoelektronik yang sangat baik. Karena struktur nano mereka yang dapat dikontrol, nanocrystals perovskite adalah pemancar cahaya yang efisien, dengan spektrum eksitasi yang merentang sinar-X ke cahaya tampak. Interaksi antara nanocrystals perovskite dan sinar cahaya juga dapat disesuaikan dengan mengubah sifat kimianya secara hati-hati atau dengan memasukkan sejumlah kecil atom pengotor. Peneliti NUS telah membuat pola kristal perovskite ke substrat film tipis transparan dan mengintegrasikannya ke dalam color charge-coupled device (CCD), yang mengubah sinyal cahaya yang masuk menjadi keluaran berkode warna. Sistem konverter kristal ini terdiri dari unit fungsional dasar sensor medan cahaya. Saat cahaya insiden mengenai sensor, nanocrystals menjadi bersemangat. Pada gilirannya, unit perovskit memancarkan cahayanya sendiri dalam berbagai warna tergantung pada sudut pancaran sinar cahaya yang masuk. CCD menangkap warna yang dipancarkan, yang kemudian dapat digunakan untuk rekonstruksi gambar 3D. “Namun, nilai sudut tunggal tidak cukup untuk menentukan posisi absolut objek dalam ruang tiga dimensi,” kata Dr Yi Luying, Rekan Peneliti di Departemen Kimia NUS dan penulis pertama makalah ini. “Kami menemukan bahwa menambahkan unit konverter kristal dasar lain yang tegak lurus terhadap detektor pertama dan menggabungkannya dengan sistem optik yang dirancang dapat memberikan lebih banyak informasi spasial mengenai objek yang dimaksud.” Mereka kemudian menguji sensor medan cahaya mereka dalam eksperimen proof-of-concept dan menemukan bahwa pendekatan mereka memang dapat menangkap gambar 3D — dengan rekonstruksi kedalaman dan dimensi yang akurat — dari objek yang ditempatkan pada jarak 1.5 meter. Eksperimen mereka juga mendemonstrasikan kapasitas sensor medan cahaya baru untuk menyelesaikan bahkan detail yang sangat halus. Sebagai contoh, gambar yang tepat dari keyboard komputer dibuat yang bahkan menangkap tonjolan dangkal dari masing-masing tombol. Gambar menunjukkan desain (kiri) dan keluaran (kanan) dari sensor medan cahaya 3D. Perangkat yang dirancang (kiri) mengkodekan bidang cahaya sebagai keluaran warna. Array nanocrystals perovskite berpola mengubah arah cahaya yang berbeda menjadi warna yang berbeda, yang dapat dideteksi oleh kamera perangkat yang digabungkan dengan muatan warna. Gambar kanan menunjukkan gambar kedalaman 3D yang direkonstruksi dari model Merlion yang dihasilkan oleh kamera. (Gambar: Yi Luying)

Penemuan masa depan

Prof Liu dan timnya sedang mencari metode untuk meningkatkan akurasi spasial dan resolusi sensor medan cahaya mereka, seperti menggunakan detektor warna kelas atas. Tim juga telah mengajukan paten internasional untuk teknologi tersebut. “Kami juga akan mengeksplorasi teknologi yang lebih canggih untuk membuat pola kristal perovskit lebih padat ke substrat transparan, yang dapat menghasilkan resolusi spasial yang lebih baik. Menggunakan bahan selain perovskit juga dapat memperluas spektrum deteksi sensor medan cahaya,” kata Prof Liu.

• Konten Bertenaga SEO & Distribusi PR. Dapatkan Amplifikasi Hari Ini.
• PlatoAiStream. Kecerdasan Data Web3. Pengetahuan Diperkuat. Akses Di Sini.
• Mencetak Masa Depan bersama Adryenn Ashley. Akses Di Sini.
• Beli dan Jual Saham di Perusahaan PRE-IPO dengan PREIPO®. Akses Di Sini.
• Sumber: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=62975.php