V dnešní době už je v zásadně možné vidět v noci. Vyžaduje to ale poměrně masivní a také dost drahé vybavení. Proto je tento zážitek obvykle omezený na ozbrojené složky a podobné profese, které nemusejí počítat každou korunu. Co kdyby ale noční vědění bylo úplně jednoduché, jak když si nasadíte brýle proti slunci? Co kdyby mělo podobu tenkého filmu?
Právě takové noční vidění vyvíjejí v australském centru ARC Centre of Excellence for Transformative Meta-Optical Systems (TMOS). Snaží se o to, aby technologie nočního vidění byla všeobecně dostupná a nositelná. Pokud uspějí, bude to nejspíš konec pro těžká a drahá zařízení, s nimiž je možné vidět v noci dnes.
Tradiční technologie nočního vidění spoléhá na komplexní systém, který konvertuje dopadající noční fotony na elektrony, zesiluje signál elektronů a nakonec je zase konvertuje na fotony díky světélkování fosforu. Něco takového by se do brýlí běžných proporcí vešlo jen těžko.
Vývojáři centra TMOS na to šli jinak. Vytvořili technologii založenou na metapovrchu, tedy vlastně 2D metamateriálu. Jde o rezonantní metapovrch obsahující niobát lithia, který zesiluje energii procházejících fotonů, čímž se z nich stává viditelné světlo. Konverze na elektrony a zpět není nutná. Také nepotřebuje kryogenní chlazení, které se používá pro vylepšování obrazu nočního vidění.
Jak se chlubí vedoucí úspěšného týmu Dragomir Neshev, jejich výsledky slibují velmi zajímavé aplikace v průzkumných a špionážních technologiích, v autonomní navigaci nebo třeba při zobrazování v biologii. Metaoptika je jako kouzlo. Další výhodou je, že uživatel vidí viditelné světlo a infrapaprsky současně. Dnešní technologie přitom obvykle vytvářejí dva nezávislé obrazy. Jinými slovy, noční metavidění nabízí velmi kvalitní obraz.
Badatelé to již vyzkoušeli na konverzi v komunikacích často používaného infračerveného záření vlnové délky 1 550 nm na viditelné světlo 550 nm, na které je lidské oko vysoce citlivé. Vývoj brýlí pro noční tvory pokračuje, tvůrci experimentují například s přidáváním arsenidu gallia, což vylepšuje vlastnosti zázračného filmu s metapovrchem.
Video: A New Lens - Using Nanomaterials to Transform Optical Systems - Dragomir Neshev
Video: Let there be light! New night-vision capability discovered
Literatura
Nové polovodičové nanokrystaly zmenší noktovizory
Autor: Stanislav Mihulka (15.01.2017)
Nová metačočka ohýbá paprsky všech barev duhy
Autor: Stanislav Mihulka (02.01.2018)
Injekce umožňuje vidět v infračerveném světle
Autor: Josef Pazdera (03.03.2019)
Kouzla magnetooptiky: Magnetický metamateriál dokáže uvěznit světlo
Autor: Stanislav Mihulka (18.08.2023)
Diskuze:
Zákon o zachování energie
Vinkler Slavomil,2024-06-06 18:57:47
No nějak mi to koliduje se zákonem o zachování energie. Foton 1550nm má nižší energii než 550 nm. kde ji konverze vezme?
Re: Zákon o zachování energie
G Hart,2024-06-06 19:29:37
A navíc noktovizory si v infraspektru masivně přisvětlují. Pasivní přijímač zaznamená pouze tepelnou stopu. Takže vidí jen teplé objekty. Rozhodně ne detaily předmětů. Takže přinejlepším uvidíme ve viditelném spektru obrysy postav, nic víc. Navíc se to údajně zesiluje; kde vezme film na brýlích energii?
Re: Re: Zákon o zachování energie
D@1imi1 Hrušk@,2024-06-06 20:14:31
Přisvětlování u infrakamer nutné není. To se využívá akorát pro dosažení kvalitnějšího obrazu nebo snížení ceny kamery. V dnešní době už koupíte pasivní infrakamery v cenové kategorii do 10 tisíc Kč, které přes USB připojíte k mobilu a kvalita obrazu je dostatečná na orientaci za úplné tmy. Všechny infrakamery mají vždy nějaký delay, takže využití například v brýlích pro noční vidění je problematické. To je rozdíl od noktovizorů, jejichž funkce je popsaná v článku pana Mihulky (ty nicméně nevyžadují chlazení, o kterých článek píše, protože pracují s viditelným spektrem, nikoliv infrazářením).
to Vinkler Slavomil: On třeba vodní trkač také zvyšuje energii části protékající vody, ale zákon zachování energie neporušuje, protože tu energii odebírá zbytku té protékající vody a předává ji vyvolené menšině. Z toho metamateriálu patrně odchází menší počet fotonů, než na něj dopadá. Tím neříkám, jestli ten vynález funguje tak dobře, jak článek naznačuje, originál jsem nečetl. Jen říkám, že popsaný princip není v rozporu s termodynamickými zákony.
Celkem dobrý dokument o noktovizorech, komu nevadí AJ:
https://www.youtube.com/watch?v=UAeJHAFjwPM
Re: Re: Re: Zákon o zachování energie
Karel Rys,2024-06-06 22:48:09
No podrobnosti by byly zajímavé - pokud by materiál nevyžadoval napájení a převáděl větší množství fotonů s nízkou energií na menší množství fotonů s větší energií, tak bychom získali super zdroj energie...
Re: Re: Re: Re: Zákon o zachování energie
D@1imi1 Hrušk@,2024-06-06 23:30:01
Čekám, že nějaký háček to mít bude. Např. že ty infra fotony musí přilétat jen z jedné strany, jinak se vliv vyruší. Jinak by tím šlo ve spojení se solárními panely snižovat entropii uzavřeného systému.
Re: Re: Re: Re: Re: Zákon o zachování energie
D@1imi1 Hrušk@,2024-06-07 00:15:58
Jedním z háčků je například to, že to zkoušeli s vlnovou délkou 1550nm, zatímco při pokojové teplotě předměty vyzařují fotony s vlnovou délku zhruba o řád delší. Peak vyzařování je na 10um, ale medián až na 14um. Pod 3um je emitováno méně než 0,1 promile. Takže zcela jistě pracovali jen s IR fotony z umělého zdroje a tím pádem dopadaly jen z jednoho směru.
Re: Re: Re: Re: Re: Re: Zákon o zachování energie
F M,2024-06-07 23:03:49
"Pokročilé IR vidění má mnoho důležitých aplikací v oblastech, jako je sledování, bezpečnost a lékařské zobrazování. IR spektrální rozsah kolem 1550 nm je zvláště užitečný pro optické komunikace, LIDAR a vidění v nočním světle."
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202402777
Re: Zákon o zachování energie
Pavel- Piskač,2024-06-07 12:37:46
Ano ano, fyzika.
Leda, že jeden foton by "nabil" ten nanomateriál a druhý si tu energii odebral. "50% ztráta" by asi nevadila.
Jinak nevim, a to by mě tedy zajímalo, jak to funguje.
To v uvozovkách nebrat doslovně.
Re: Zákon o zachování energie
F M,2024-06-07 22:58:44
Moc tomu také nerozumím, ale co jsem pochopil (jen jsem to proletěl) z toho prvního článku pod odkazem: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202402777
"Spojí" se energie 2 fotonů, jeden je tepelný a druhý je přidán přisvícením (fotonová pumpa) a tím zvýší frekvence toho výsledného (+ se řeší jejich harmonické).
Článek je hodně odborný, ale doporučuji shlédnout obrázky s popisky zejména obrázek 5. schéma pokusu a výsledky a obrázek 4 z toho se dá dost pochopit i bez složité fyziky. Podle těch grafů to reaguje dobře jen na těch zde zmíněných frekvencích (a harmonické a trochu okolo), to ale není moc překvapivé, ten materiál má "jen jedno nastavení". Obrázek 6 ukazuje i detekci hran.
To spojení fotonů: https://en.wikipedia.org/wiki/Sum-frequency_generation
Zde by mělo být popsáno to pumpování, ale je to zbytečně nafouknuté a nepřehledné: https://en.wikipedia.org/wiki/Laser_pumping
Diskuze je otevřená pouze 7dní od zvěřejnění příspěvku nebo na povolení redakce
