Ο άνθρωπος βλέπει τον κόσμο μέσα από ένα στενό παράθυρο. Το ανθρώπινο μάτι αντιλαμβάνεται μόνο ένα μικρό κομμάτι του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος – το ορατό φως. Όλα όσα βρίσκονται πέρα από αυτό, η θερμότητα, η υπέρυθρη ακτινοβολία, παραμένουν αόρατα. Κι όμως, στη φύση υπάρχουν οργανισμοί που εδώ και εκατομμύρια χρόνια έχουν λύσει αυτό το «πρόβλημα». Τα φίδια.
Αυτή ακριβώς τη βιολογική υπεροχή μιμήθηκαν επιστήμονες στην Κίνα, οι οποίοι ανέπτυξαν ένα πρωτοποριακό σύστημα απεικόνισης που μετατρέπει την υπέρυθρη ακτινοβολία σε ορατή εικόνα υψηλής ανάλυσης. Το αποτέλεσμα είναι εντυπωσιακό: υπέρυθρες εικόνες ανάλυσης 4K (3.840 × 2.160 pixels), συγκρίσιμες με εκείνες μιας σύγχρονης κάμερας smartphone. Και το ακόμη πιο εντυπωσιακό στοιχείο; Οι δημιουργοί του συστήματος εκτιμούν ότι στο μέλλον η τεχνολογία αυτή θα μπορούσε να χωρέσει σε μια συσκευή τσέπης.
Κάθε αντικείμενο με θερμοκρασία πάνω από το απόλυτο μηδέν εκπέμπει ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία. Στην περίπτωση της θερμότητας του ανθρώπινου σώματος, αυτή ανήκει στο υπέρυθρο φάσμα. Το ανθρώπινο μάτι δεν μπορεί να την αντιληφθεί. Ορισμένα φίδια όμως μπορούν. Εκτός από την όραση στο ορατό φως, είδη όπως οι οχιές της οικογένειας Crotalinae διαθέτουν ένα εξειδικευμένο όργανο αίσθησης θερμότητας, το λεγόμενο «pit organ», δίπλα στα ρουθούνια τους. Πρόκειται για μια μικρή κοιλότητα με μια εξαιρετικά ευαίσθητη μεμβράνη, η οποία θερμαίνεται τοπικά από την υπέρυθρη ακτινοβολία των θηραμάτων. Το θερμικό αυτό αποτύπωμα μετατρέπεται σε νευρικό σήμα και φτάνει στον εγκέφαλο, δημιουργώντας μια «εικόνα» βασισμένη στη θερμότητα.
Επιστήμονες από το Beijing Institute of Technology αξιοποίησαν αυτήν ακριβώς τη φυσική αρχή για να σχεδιάσουν ένα τεχνητό σύστημα υπέρυθρης όρασης. Η συσκευή αποτελείται από διαδοχικά στρώματα υλικών, τοποθετημένα πάνω σε έναν δίσκο περίπου 20 εκατοστών. Καθώς η υπέρυθρη ακτινοβολία περνά μέσα από αυτά τα στρώματα, μετατρέπεται βήμα-βήμα σε ηλεκτρικό σήμα και τελικά σε ορατό φως.
Στην καρδιά του συστήματος βρίσκεται ένα στρώμα αισθητήρων υπέρυθρης ακτινοβολίας, κατασκευασμένο από «κολλοειδείς κβαντικές τελείες» – νανοσωματίδια που αποτελούνται από άτομα υδραργύρου και τελλουρίου. Όταν απορροφούν υπέρυθρη ακτινοβολία, απελευθερώνουν ηλεκτρικά φορτία. Τα φορτία αυτά περνούν από ειδικά φίλτρα μείωσης θορύβου και καταλήγουν σε ένα οργανικό στρώμα εκπομπής φωτός, τον λεγόμενο upconverter. Εκεί, η ενέργεια μετατρέπεται σε πράσινο, ορατό φως, το οποίο στη συνέχεια καταγράφεται από έναν αισθητήρα CMOS – παρόμοιο με εκείνον που χρησιμοποιούν οι ψηφιακές κάμερες.
Η έρευνα δημοσιεύθηκε στο επιστημονικό περιοδικό Light: Science & Applications και έχει ήδη προκαλέσει έντονο ενδιαφέρον. Όχι μόνο για το τεχνολογικό της σκέλος, αλλά και για τις πιθανές εφαρμογές της. Ένα τέτοιο σύστημα θα μπορούσε να επιτρέψει την όραση μέσα από ομίχλη, βροχή ή απόλυτο σκοτάδι, να αξιοποιηθεί σε διασώσεις, στην οδήγηση, στην ασφάλεια, αλλά και στην καθημερινή χρήση.
Πέρα από την καινοτομία, η ιστορία αυτή θυμίζει κάτι βαθύτερο: ότι η φύση εξακολουθεί να αποτελεί την πιο προηγμένη πηγή τεχνολογικής έμπνευσης. Ένα φίδι που «βλέπει» τη θερμότητα στο σκοτάδι γίνεται οδηγός για συσκευές που ίσως, σύντομα, αλλάξουν τον τρόπο με τον οποίο αντιλαμβανόμαστε τον κόσμο γύρω μας.
