Badacze nie próbują już tylko budować lepszych kamer, lecz tworzą układy tłumaczące niewidzialne promieniowanie bezpośrednio na obraz zrozumiały dla oka. Prototyp opracowany w Beijing Institute of Technology waży zaledwie 23 gramy i przypomina zwykłe okulary. Jego możliwości są jeszcze ograniczone, ale sama idea wygląda jak żywcem wyjęta z uniwersum cyberpunka.
Ludzkie oko widzi tylko fragment świata
Człowiek nie widzi podczerwieni, ponieważ jej fotony mają zbyt mało energii, aby uruchomić reakcje zachodzące w światłoczułych strukturach siatkówki. Promieniowanie to nadal nas otacza, lecz organizm nie potrafi zamienić go na sygnał, który mózg odczyta jako obraz. Naukowcy stworzyli więc konwerter zmieniający podczerwień na światło widzialne. Nie jest to typowa kamera termowizyjna z sensorem, procesorem i ekranem. Półprzezroczysta warstwa umieszczona przed oczami pozwala obserwować zwykłe otoczenie, a jednocześnie dodaje informacje pochodzące z niewidzialnego zakresu promieniowania.
Czytaj też: AI na nosie, ale bez wścibskiej kamery. Te inteligentne okulary sama chciałabym nosić
Pisałem już o podobnym kierunku przy sztucznej siatkówce reagującej na podczerwień. Nowe okulary są rozwiązaniem mniej inwazyjnym, ale pokazują ten sam trend. Urządzenia optyczne nie muszą już tylko przywracać widzenia. Mogą dodawać człowiekowi możliwości, których naturalnie nie posiadał i to nie w typowym, a kolorowym wydaniu.
Klasyczna noktowizja kojarzy się z zielonym, ziarnistym obrazem. Zieleń nie jest jednak prawdziwym kolorem świata oglądanego w podczerwieni, lecz umownym sposobem prezentowania informacji. Jaśniejsze obszary oznaczają więcej zarejestrowanego promieniowania, ciemniejsze mniej. Chiński zespół odszedł od tego schematu. Opracowany układ zamienia różne długości fal oraz poziomy natężenia podczerwieni na odmienne kolory i jasność. Ludzkie oko znacznie łatwiej zauważa bowiem drobne różnice barw niż subtelne przejścia między kolejnymi odcieniami jednej barwy.
Nie są to oczywiście prawdziwe kolory podczerwieni. Okulary tworzą raczej wizualny język, w którym czerwień, cyjan i ich kombinacje opisują cechy niewidzialnego promieniowania. Po odpowiednio długim użytkowaniu mózg mógłby nauczyć się interpretować te barwy niemal automatycznie. Dla mnie właśnie tutaj zaczyna się najciekawsza część projektu, bo nie dostajemy w jego ramach tylko jaśniejszego obrazu, ale nową kategorię informacji, którą mózg może nauczyć się interpretować intuicyjnie.
Kropki kwantowe i OLED robią za tłumacza
Sercem prototypu są koloidalne kropki kwantowe z tellurku rtęci. Pochłaniają promieniowanie podczerwone i zamieniają je na ładunki elektryczne, które trafiają następnie do organicznego układu emitującego światło, przypominającego odpowiednio zaprojektowany OLED. Konstrukcja wykorzystuje czerwone oraz cyjanowe strefy emisyjne. Słabszy sygnał może uruchamiać jedną z nich, a silniejszy kolejne, zmieniając wynikową barwę i jasność obrazu. Informacja o promieniowaniu nie zostaje więc sprowadzona wyłącznie do prostego “jaśniej lub ciemniej”.
Konwerter reaguje na podczerwień sięgającą nieco powyżej 2 mikrometrów, osiąga jasność przekraczającą 700 kandeli na metr kwadratowy, a jego sprawność wynosi około 3,85 procent. Wartość ta nie brzmi imponująco, ale mówimy o cienkiej, półprzezroczystej warstwie noszonej przed oczami, a nie o dużym detektorze z rozbudowanym chłodzeniem. Podczas testów okulary wyświetlały ostre, oznaczone kolorami obrazy kształtów i poruszających się obiektów, jednocześnie przepuszczając światło widzialne. Przekonwertowany sygnał wywoływał też normalną odpowiedź siatkówki, bo na końcu procesu stawał się zwykłym światłem widzialnym.
Czytaj też: SPECS od Snap oficjalnie. Czy inteligentne okulary to ślepa uliczka?
Samo określenie “widzenie w podczerwieni” może sugerować, że okulary pozwolą zobaczyć człowieka w całkowitej ciemności dzięki ciepłu emitowanemu przez jego ciało. Tak jednak nie jest. Prototyp reaguje na fale sięgające nieco powyżej 2 mikrometrów, podczas gdy promieniowanie cieplne ludzi i przedmiotów o temperaturze pokojowej przypada głównie na zakres 8-14 mikrometrów. Technologia jest więc bliższa aktywnej noktowizji niż pełnoprawnej termowizji. Potrzebuje światła podczerwonego pochodzącego ze Słońca, sztucznego oświetlacza lub innego źródła, które odbije się od obserwowanych obiektów. W kompletnie ciemnym pomieszczeniu same okulary nie sprawią, że sylwetki ludzi zaczną świecić niczym w filmach.
Podobne ograniczenia miały soczewki kontaktowe umożliwiające widzenie bliskiej podczerwieni. Nie przekreśla to jednak całej wartości wynalazku, bo aktywna noktowizja również korzysta z oświetlaczy.
Od okularów do nowego zmysłu
Najbardziej futurystyczny element publikacji nie dotyczy samych oprawek. Autorzy sugerują, że podobne konwertery mogłyby kiedyś współpracować z białkami światłoczułymi i pełnić funkcję sztucznych fotoreceptorów siatkówki. Wtedy podczerwień nie byłaby już obrazem widocznym po założeniu urządzenia, ale trwałym kanałem dostarczającym informacje do organizmu. Na razie jest to jednak koncepcja, a nie gotowa technologia. Implant musiałby być biokompatybilny, stabilny i zdolny do współpracy z układem nerwowym przez wiele lat.
Czytaj też: Okulary zamiast telefonu. Google i Samsung zmieniają sposób korzystania z AI!
Różnica między lekkimi okularami a nowym typem fotoreceptora jest wprawdzie ogromna, ale kierunek wydaje się jednak coraz wyraźniejszy. Przykładowo egzoszkielety początkowo miały przecież pomagać osobom z niepełnosprawnością, implanty słuchowe przywracać utracony zmysł, a interfejsy mózg-komputer umożliwiać komunikację pacjentom. Z czasem każda z tych technologii zaczyna jednak rodzić pytanie, czy człowieka trzeba jedynie naprawiać, skoro można go również rozszerzać. Do tego jest jeszcze długa droga.
Źródła: Science Advances, TechXplore
