Οι επιστήμονες έχουν αναπτύξει φακούς επαφής που χορηγούν στους ανθρώπους τη δυνατότητα να δουν υπέρυθρο φως, ανοίγοντας έναν προηγουμένως αόρατο κόσμο θερμικών υπογραφών και μήκους κύματος πέρα από την κανονική ανθρώπινη αντίληψη.
Οι διαφανείς φακοί που διατρέχουν τους διαφανείς φακούς χρησιμοποιούν νανοσωματίδια αναστροφής για να μετατρέψουν την ακτινοβολία κοντά στην υπέρυθρη ακτινοβολία σε ορατό φως, επιτρέποντας στους χρήστες να ανιχνεύσουν πληροφορίες που κανονικά απαιτούν ογκώδη εξοπλισμό νυχτερινής όρασης. Οι ερευνητές εξέτασαν με επιτυχία τους φακούς τόσο σε ποντίκια όσο και σε ανθρώπινους εθελοντές, αποδεικνύοντας την ικανότητα να αντιλαμβάνονται τα υπέρυθρα πρότυπα, να διακρίνουν τους χρονικούς κώδικες όπως τα σήματα Morse και ακόμη και να δουν σε πλήρη χρώμα σε πολλαπλά μήκη κύματος υπέρυθρων – όλα διατηρώντας το κανονικό όραμα.
Η επιστήμη πίσω από το υπεράνθρωπο θέαμα
Η τεχνολογία βασίζεται σε έναν θεμελιώδη περιορισμό της όρασης των θηλαστικών: οι άνθρωποι μπορούν να αντιληφθούν μόνο μια στενή φέτα του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος μεταξύ 400-700 νανομέτρων. Αυτό αφήνει πάνω από το ήμισυ της ηλιακής ενέργειας – που υπάρχει ως υπέρυθρο φως πάνω από 700 νανόμετρα – πολύ αόρατο στα μάτια μας.
Η ερευνητική ομάδα, με επικεφαλής τους επιστήμονες στο Πανεπιστήμιο Επιστήμης και Τεχνολογίας της Κίνας, ενσωματώθηκε ειδικά σχεδιασμένα νανοσωματίδια ανατροπής σε υλικά μαλακής επαφής. Αυτά τα νανοσωματίδια μετατρέπουν το φως κοντά στην υπέρυθρη ακτινοβολία σε ορατά μήκη κύματος που μπορούν να ανιχνεύσουν ανθρώπινα φωτοϋποδοχείς.
Αυτό που κάνει αυτή την προσέγγιση ιδιαίτερα κομψή είναι η μη επεμβατική φύση της. Οι προηγούμενες προσπάθειες χορήγησης υπέρυθρης όρασης απαιτούσαν χειρουργική έγχυση νανοσωματιδίων απευθείας στο μάτι – μια διαδικασία που οι περισσότεροι άνθρωποι θα αντισταθούν σε κατανόηση.
Δοκιμή της υπέρυθρης όρασης
Οι ερευνητές επικύρωσαν για πρώτη φορά την προσέγγισή τους χρησιμοποιώντας ποντίκια, τα οποία φορούσαν τους φακούς επαφής κατά τη διάρκεια διαφόρων δοκιμών συμπεριφοράς. Τα αποτελέσματα ήταν εντυπωσιακά: Τα ποντίκια με τους φακούς θα μπορούσαν να διακρίνουν τα υπέρυθρα πρότυπα, να ανταποκριθούν σε υπέρυθρους κώδικες κώδικες και ακόμη και να εμφανίσουν ενισχυμένη υπέρυθρη ευαισθησία όταν τα μάτια τους ήταν κλειστά, χάρη στην ανώτερη ικανότητα του υπέρυθρου φωτός να διεισδύει στον ιστό.
Οι ανθρώπινες δοκιμές αποδείχθηκαν εξίσου επιτυχημένες. Οι εθελοντές που φορούν τους φακούς θα μπορούσαν να εντοπίσουν με ακρίβεια τα πρότυπα υπέρυθρης ακτινοβολίας και να διακρίνουν τα σήματα τρεμοπαίζης που θα μπορούσαν να κωδικοποιήσουν πληροφορίες όπως ο κώδικας Morse. Ακόμη πιο αξιοσημείωτο, οι συμμετέχοντες διατήρησαν την πλήρη ευαισθησία υπέρυθρων σε κανονικές συνθήκες της ημέρας, αποδεικνύοντας ότι η τεχνολογία λειτουργεί παράλληλα με το φυσικό όραμα αντί να την αντικαταστήσει.
Βασικές μετρήσεις απόδοσης:
- Οι φακοί επαφής διατήρησαν πάνω από 90% διαφάνεια σε ορατά μήκη κύματος
- Η συγκέντρωση νανοσωματιδίων έφθασε το 7% κατά τη μάζα
- Η διείσδυση υπερύθρων μέσω βλεφάρων ήταν 60 φορές μεγαλύτερη από το ορατό φως
- Η χωρική ανάλυση πέτυχε ~ 65 κύκλους ανά βαθμό, συγκρίσιμη με την κανονική ανθρώπινη όραση
- Η έγχρωμη όραση ενεργοποιήθηκε σε τρεις ξεχωριστές ζώνες μήκους κύματος υπέρυθρης ακτινοβολίας
Πλήρης υπέρυθρη όραση
Ίσως πιο εντυπωσιακά, η ομάδα ανέπτυξε τριχρωματικούς φακούς επαφής που χορηγούν πλήρες χρωματιστό υπέρυθρο όραμα. Με την ενσωμάτωση τριών διαφορετικών τύπων νανοσωματιδίων upconversion, το καθένα συντονισμένο σε διαφορετικά μήκη κύματος υπέρυθρων, οι φακοί μπορούν να μετατρέψουν την υπέρυθρη ακτινοβολία σε κόκκινο, πράσινο και μπλε ορατό φως.
Αυτό δημιουργεί μια εντελώς νέα διάσταση των οπτικών πληροφοριών. Τα αντικείμενα που εμφανίζονται πανομοιότυπα σε ορατό φως μπορεί να παρουσιάζουν δραματικά διαφορετικά χρώματα στο υπέρυθρο φάσμα, αποκαλύπτοντας θερμικές υπογραφές και ιδιότητες υλικού αόρατα σε φυσικό ανθρώπινο όραμα.
Οι εθελοντές που φορούν αυτούς τους προχωρημένους φακούς θα μπορούσαν να διακρίνουν μεταξύ των επικεφαλής “χρώματα” και ακόμη και να διαβάσουν κωδικοποιημένα μηνύματα που μεταδίδονται μέσω διαφορετικών υπέρυθρων μήκους κύματος – δημιουργώντας ουσιαστικά μια νέα μορφή οπτικής επικοινωνίας.
Εφαρμογές πραγματικού κόσμου
Η τεχνολογία ανοίγει πολλές πρακτικές εφαρμογές πέρα από τη βασική έρευνα. Η ενισχυμένη νυχτερινή όραση χωρίς ογκώδες εξοπλισμό θα μπορούσε να ωφελήσει το στρατιωτικό προσωπικό, τις ομάδες αναζήτησης και διάσωσης και τους επαγγελματίες ασφαλείας. Η ικανότητα να βλέπεις μέσω ομίχλης, σκόνης ή καπνού χρησιμοποιώντας υπερύθιμα μήκη κύματος θα μπορούσε να αποδειχθεί ανεκτίμητο σε καταστάσεις έκτακτης ανάγκης.
Οι ιατρικές εφαρμογές ενδέχεται να περιλαμβάνουν καλύτερη απεικόνιση των αιμοφόρων αγγείων και των ιδιοτήτων ιστών. Οι βιομηχανικές χρήσεις θα μπορούσαν να κυμαίνονται από την ανίχνευση διαρροών θερμότητας σε κτίρια για τον εντοπισμό ηλεκτρικών προβλημάτων μέσω θερμικών υπογραφών.
Οι ερευνητές απέδειξαν επίσης ότι το σύστημά τους συνεργάζεται με το φως της ημέρας, που σημαίνει ότι οι χρήστες δεν θα χρειαστεί να επιλέξουν μεταξύ κανονικών δυνατοτήτων όρασης και υπέρυθρων δυνατοτήτων – θα μπορούσαν να έχουν και τα δύο ταυτόχρονα.
Προκλήσεις και μελλοντική ανάπτυξη
Το τρέχον σύστημα έχει περιορισμούς. Ενώ οι φακοί επαφής λειτουργούν καλά για την ανίχνευση υπέρυθρων μοτίβων και χρονικών κωδικών, η επίτευξη λεπτής χωρικής ανάλυσης απαιτεί πρόσθετο οπτικό εξοπλισμό. Η ομάδα αντιμετώπισε αυτό αναπτύσσοντας ένα φορητό σύστημα γυαλιών που παρέχει απότομη υπέρυθρη απεικόνιση.
Οι μελλοντικές βελτιώσεις ενδέχεται να ενσωματώσουν τα κανάλια οπτικών ινών μικροσφαιριδίων απευθείας στους φακούς επαφής για τη διατήρηση των χωρικών πληροφοριών ή των νανοσωματιδίων μηχανικών που εκπέμπουν φως στην ίδια κατεύθυνση με την εισερχόμενη υπέρυθρη ακτινοβολία.
Η ανίχνευση υπέρυθρων περιβαλλοντικών υπερύθρων – που βλέπει φυσικές θερμικές υπογραφές χωρίς τεχνητό υπέρυθρο φωτισμό – παραμένει προκλητική και θα απαιτούσε περαιτέρω προόδους στην επιστήμη των υλικών.
Ένα νέο σύνορο στην ανθρώπινη βελτίωση
Αυτή η έρευνα αντιπροσωπεύει κάτι περισσότερο από ένα τεχνολογικό επίτευγμα. Δείχνει τη δυνατότητα για μη επεμβατική ανθρώπινη ενίσχυση μέσω της προηγμένης επιστήμης των υλικών. Σε αντίθεση με τις φαντασιώσεις sci-fi χειρουργικών εμφυτευμάτων ή γενετικής τροποποίησης, αυτοί οι φακοί επαφής προσφέρουν μια πρακτική πορεία προς τις διευρυμένες ανθρώπινες ικανότητες.
Το έργο υπογραμμίζει επίσης τον τρόπο με τον οποίο η νανοτεχνολογία μπορεί να διασυνδέεται με βιολογικά συστήματα για τη δημιουργία νέων μορφών αντίληψης. Καθώς τα υλικά γίνονται πιο εξελιγμένα, το όριο μεταξύ φυσικών και ενισχυμένων ανθρώπινων δυνατοτήτων μπορεί να συνεχίσει να θολώνει.
Ενώ είμαστε ακόμα μακριά από το να βλέπουμε τους υπέρυθρους φακούς επαφής στα γραφεία οπτομετρίας, αυτή η έρευνα αποδεικνύει ότι η επέκταση του ανθρώπινου οράματος πέρα από τα φυσικά του όρια δεν είναι μόνο δυνατή αλλά πρακτική – ανοίγοντας εντελώς νέους τρόπους να βλέπουμε και να αλληλεπιδρούν με τον κόσμο μας.
Συγγενεύων
Ανακαλύψτε περισσότερα από το SCICHI
Εγγραφείτε για να λάβετε τις τελευταίες δημοσιεύσεις που αποστέλλονται στο email σας.