جهاز صغير بحجم طرف الإصبع يحوّل هاتفك الذكي إلى مطياف ضوئي دقيق الآن

مطياف ضوئي صغير جدًا للهواتف الذكية يسمح بتحليل الضوء من الأشعة فوق البنفسجية إلى الأشعة تحت الحمراء القريبة خلال أقل من ميلي ثانية، يُعد ابتكارًا ثوريًا في مجال التحليل الطيفي المحمول؛ إذ يمكن تثبيته على طرف الإصبع ويعمل بجهد كهربائي منخفض جدًا، مع مستشعر عضوي صغير قادر على تعديل حساسيته الطيفية بسرعة فائقة ودقة عالية ضمن حجم بيكسل واحد فقط، مما يفتح مجالات واسعة لتطبيقات عملية متعددة.

مطياف ضوئي صغير جدًا للهواتف الذكية: طفرة في تصميم أجهزة التحليل الطيفي المدمجة

طور فريق من الباحثين مطيافًا ضوئيًا بحجم مصغر للغاية يتميز بدقة عالية في كشف الأطوال الموجية المختلفة للضوء؛ من الأشعة فوق البنفسجية مرورًا بالأطوال القريبة من الأشعة تحت الحمراء، وهذا الابتكار يمثل طفرة في تصميم أجهزة التحليل الطيفي المدمجة التي يمكن دمجها في أجهزتك المحمولة بسهولة. يُمهد هذا التطور العلمي الطريق لتطوير أجهزة تصوير طيفي متقدمة ومصفوفات استشعار مدمجة ترفع من مستوى دقة وكفاءة التحليل الطيفي في تطبيقات متنوعة. ووفقاً لبريندان أوكونور، أستاذ الهندسة الميكانيكية والفضائية بجامعة ولاية كارولاينا الشمالية، فإن أجهزة التحليل الطيفي هي أدوات ضرورية لفهم الخصائص الكيميائية والفيزيائية للمواد من خلال تحليل تفاعل الضوء معها، إلا أن معظم الأجهزة الحالية تظل كبيرة الحجم نسبياً، مما يحد من قدرة استخدامها في الأجهزة المحمولة.

حجم صغير وأداء استثنائي لمطياف ضوئي صغير جدًا للهواتف الذكية

يبين النموذج التجريبي للمطياف الضوئي الصغير جدًا للهواتف الذكية قدرته على قياس الأطوال الموجية بدقة عالية، رغم صغر حجمه الذي لا يتجاوز بضعة مليمترات مربعة، مما يتيح دمجه بسهولة في الأجهزة المحمولة، بما في ذلك تصغيره ليصل إلى حجم بيكسل واحد فقط. يعتمد المطياف على مستشعر ضوئي عضوي فريد من نوعه، يستطيع تعديل حساسيته الطيفية بسهولة عن طريق تغيير الجهد الكهربائي المطبق عليه؛ حيث يصبح بإمكانه استهداف الأطوال الموجية المحددة التي يُظهر فيها استجابة أكبر. هذا الابتكار يقدم حلاً عمليًا لأنظمة التحليل الطيفي التقليدية التي تعاني من حجم أكبر وتعقيدات تقنية، ويزيد من إمكانيات استخدام المطياف في الهواتف الذكية أو الأجهزة الصغيرة لتحليل مواد مختلفة.

تحليل سريع ودقيق مع مطياف ضوئي صغير جدًا للهواتف الذكية بأداء مميز

يوضح الباحث بريندان أوكونور أن مطياف ضوئي صغير جدًا للهواتف الذكية قادر على إجراء تحليل طيفي خلال أقل من ميلي ثانية، عبر تطبيق سلسلة سريعة من الجهود الكهربائية على المستشعر وقراءة الأطوال الموجية المنعكسة أو المارة من المادة محل الفحص، ثم معالجة هذه البيانات باستخدام برنامج حاسوبي بسيط لإعادة تشكيل التوقيع الطيفي. يتميز هذا الجهاز بجهد تشغيل منخفض لا يتجاوز فولتًا واحداً، ويجمع بين حجم صغير للغاية، وتغطية طيفية واسعة، مما يلغي الحاجة إلى أنظمة بصرية معقدة تقليدية. في اختبارات إثبات المفهوم، أظهر الجهاز دقة وحساسية تنافس الأجهزة التقليدية المتوفرة في الأسواق. يطمح الباحثون إلى أن يصبح مطياف ضوئي صغير جدًا للهواتف الذكية متاحًا للمستخدم النهائي قريبًا، مستفيدين من استهلاك الطاقة المنخفض الذي يسمح بدمجه في الهواتف المحمولة، والذي يوفر إمكانيات واعدة تشمل:

• تحليل المواد كيميائيًا وبيئيًا بشكل فوري
• تشخيصات طبية حيوية متنقلة وسريعة
• التصوير الطيفي الدقيق والمجهر الطيفي في المختبرات المحمولة
• تطبيقات صناعية وزراعية متنوعة