Крошечные датчики состояния урожая могут помочь снизить стоимость продуктов.

Система датчиков может быстро переключаться между обнаружением краев - визуализацией контура объекта, такого как фрукты - и извлечение подробной инфракрасной информации, без необходимости создания больших объемов данных и использования громоздких внешних процессоров.Кредит: Линкольн Кларк, Arc Center of Excellence для преобразующих мета-оптических систем (TMO)

Эта технология плоской оптической технологии может заменить традиционные применения оптических линз для экологического зондирования в ряде отраслей промышленности.

Это инновация может привести к более дешевым продуктам, поскольку фермеры смогут точно определить, какие культуры требуют орошения, оплодотворения и борьбы с вредителями, вместо того, чтобы придерживаться универсального подхода, тем самым потенциально увеличивая их урожай.

Система датчиков может быстро переключаться между обнаружением краев - обрабатывая контур объекта, такого как фрукты - и извлечение подробной инфракрасной информации, без необходимости создания больших объемов данных и использования громоздких внешних процессоров.

Возможность перейти на подробное инфракрасное изображение является новой разработкой в ​​этой области и может позволить фермерам собирать больше информации, когда удаленный датчик идентифицирует области потенциальных заражений вредителей.

Это исследование инженеров в Городском университете Нью-Йорка (CUNY), Университета Мельбурна, Университета RMIT и Центра передового опыта ARC для трансформирующих мета-оптических систем (TMOS) опубликовано в Nature CommunicationМетасурфасы с фазовыми материалами ».

Система датчиков прототипа, которая включает в себя фильтр, изготовленный из тонкого слоя материала, называемого диоксидом ванадия, который может переключаться между обнаружением краев и детальной инфракрасной визуализацией, была разработана главным исследователем TMOS Мадху Бхаскаран и ее командой в RMIT в Мельбурне.

«Такие материалы, как диоксид ванадия, добавляют фантастическую способность настройки для отображения устройств« умными »», - сказала она.

«Когда температура фильтра изменяется, диоксид ванадия превращается из изоляционного состояния в металлическое, а именно так, как обработанное изображение смещается от фильтрованного контура к нефильтрованному инфракрасному изображению».

«Эти материалы могут иметь большое значение в футуристических устройствах с плоской оптической точкой, которые могут заменить технологии традиционными линзами для применений экологического зондирования, что делает их идеальными для использования в беспилотниках и спутниках, которые требуют низкого размера, веса и мощности.

RMIT придерживается предоставленного американского патента и имеет ожидаемую австралийскую патентную заявку на свой метод производства фильмов диоксида ванадия, который может быть подходит для широкого спектра приложений.

Ведущий автор доктор Мишель Котруфо сказал, что способность системы переключаться между операциями обработки, от обнаружения краев до захвата подробных инфракрасных изображений, была значительной.

«В то время как несколько недавних демонстраций достигли обнаружения аналоговых преимуществ с использованием метасурфейсов, большинство устройств, продемонстрированных до сих пор, являются статическими. Их функциональность фиксируется во времени и не может быть динамически изменена или контролирована», - сказал Коруфо, который провел свое исследование в CUNY.

«Тем не менее, возможность динамической реконфигурирования операций обработки является ключевой для метасурфейсов, чтобы иметь возможность конкурировать с цифровыми системами обработки изображений. Это то, что мы разработали».

Соавтор Шабан Сулейман из Университета Мельбурна сказал, что используемые дизайны и материалы делают фильтр для массового производства.

«Он также работает при температурах, совместимых со стандартными методами производства, что делает его хорошо интегрированной с коммерчески доступными системами и, следовательно, быстро переход от исследований к реальному использованию».

Главный следователь TMOS Энн Робертс, также из Мельбурнского университета, сказал, что Flat Optics Technologies имел потенциал для преобразования бесчисленных отраслей промышленности.

«Традиционные оптические элементы долгое время были узким местом, предотвращающим дальнейшую миниатюризацию устройств. Возможность замены или дополнения традиционных оптических элементов с помощью оптики тонкой пленки прорывается через это узкое место».

More information: Michele Cotrufo et al, Reconfigurable image processing metasurfaces with phase-change materials, Nature Communications (2024). DOI: 10.1038/s41467-024-48783-3