Nanostrukture insekata sada su inspiracija za termalne kamere

Moderno društvo u medicini, astronomiji, nadzoru, nedestruktivnom testiranju i mnogim drugim primerima, koristi nevidljivo zračenje.

Infracrvene, ultravioletne, terahercne ili X zrake možemo sresti u različitim primenama, ali da bismo ova zračenja detektovali potrebne su specifične, kompleksne i skupe kamere.

Kamere veličine čipa koje koristimo za mobilne telefone detektuju vidljivo zračenje, imaju 10-20 miliona piksela i njihova proizvodnja košta od 5 do 50 dolara. IC (termalne) kamere imaju samo 20 hiljada piksela, ali njihova cena je oko 250 dolara.

Razlog visoke cene IC kamere je veoma kompleksna, a samim tim i skupa tehnologija izrade. U poređenju sa kamerama koje detektuju vidljivo zračanje, termalne kamere imaju slabije performanse, u smislu rezolucije, osetljivosti i brzine.

Tim sa Instituta za fiziku u Beogradu koji se bavi istraživanjima iz oblasti BIOFOTONIKE, osmislio je i uspešno napravio niskobudžetnu kameru koja se sastoji od povoljnih i lako dostupnih elemenata.

Najnovija kamera je minijaturizovana i njene performanse su znatno bolje od većine trenutno dostupnih (komercijalnih) termalnih kamera. Kamera je nastala u okviru projekta „BIOLOGICAL AND BIOINSPIRED STRUCTURES FOR MULTISPECTRAL SURVEILLANCE“ koji finansira NATO, a deo je međunarodnog programa „Nauka za mir i bezbednost“ (SScience for Peace and Security Programme).

“U ovom projektu smo koristili prirodne i veštačke mikroskopske strukture kao piksele za buduću kameru, koja će detektovati infracrveno zračenje. Upravo je izrada piksela za takve kamere najkompleksnija komponenta, ali i veoma skupa za izradu, sa stalnom potrebom za poboljšanjem senzitivnosti i rezolucije“, kaže dr Danica Pavlović, vođa projektnog tima.

„Pre par godina otkrili smo da se strukture sa krila insekata (ljuspice, čija je veličina stotinak mikrona) pomeraju i trepere kada ih ozračimo infracrvenim zračenjem. Ti pomeraji su proporcionalni intenzitetu zračenja“, zaključuje.

Ovaj fenomen u fizici je poznat pod nazivom fotoforeza, a te izuzetno male pomeraje mi smo u stanju da detektujemo tehnikom koja se zove holografija.

Tim čine i Dejan Pantelić, naučni saradnik u penziji, dr Branislav Salatić, naučni saradnik i druge kolege sa Instituta za fiziku.

Na ovom kompleksnom projektu u realizaciji su pomogle i kolege sa drugih fakulteta Univerziteta u Beogradu. Neke od njih su Biološki fakultet, Elektrotehnički fakultet, TMF, VTI, TOC i ostali naučnici iz Srbije koji su doprineli odličnom rezultatu. Partneri na ovom projektu su bili i naučnici sa Instituta za fiziku iz Zagreba.

Osim prirodnih struktura, poput ljuspica na krilima tvrdokrilaca ili leptira koje mogu da detektuju zračenje, naučni tim na čelu sa dr Pavlović razvio je tehnologiju pravljenja veštačkih bioinspirisanih struktura koje će imati slične, ali i bolje karakteristike, sve u cilju poboljšanja osetljivosti detekcije.

Za produkciju veštačkih struktura koristili su holografsku litografiju - direktno lasersko iscrtavanje po različitim, kompleksnim materijalima. Za uređivanje ovih struktura u specifične detekcione nizove tim naučnika je koristio tehnike mikromanipulacije i mikrodisperzije.

Ovim projektom je tim Instituta za fiziku uspešno dokazao da kompleksne i skupe litografske tehnike izrade mogu biti zamenjene jednostavnim i isplativim alternativama, koje su u ovom slučaju direktno inspirisane prirodom.

Ovakva vrsta primenjenog istraživanja ima velike socijalne, ekonomske i naučne uticaje. Takav monitoring rešava mnoga bezbednosna pitanja, poput kontrole bolesti, sprečavanja trgovine ljudima.

Novi tip kamere će biti dostupniji zemljama u razvoju, što će im omogućiti lakše rešavanje različitih bezbednosnih problema. Takođe, ovakva kamera može biti vrlo značajna u industriji, na primer za praćenje kvaliteta proizvodnje.

„Dostupniji senzorni uređaj, i praktičniji zbog manje dimenzije, sigurno će doprineti i olakšati praćenje kvaliteta i zdravlja zemljišta i useva ili postati nova platforma za pomoć u dijagnostici i skriningu velikih razmera, na primer, u veterinarskoj medicini za kontrolu bolesti životinja“, zaključuje dr Dejan Pantelić.