جلوه‌گر ساختن ناشناخته‌ها با تراشه‌های تصویربرداری تراهرتز
در پادکست اخیر ما، با دکتر کنت او و دکتر وویول چوی ، دو محقق پیشگام که تراشه‌ای نوآورانه برای تصویربرداری تراهرتز توسعه داده‌اند، مصاحبه کردیم. این فناوری که مانند دید ایکس‌ری سوپرمن است، می‌تواند صنایع مختلف را انقلاب کند و امکان دیدن از طریق اشیائی مانند دیوارها، بسته‌ها و برخی مواد را فراهم کند.
معرفی میهمانان ما
دکتر کنت او استاد دانشگاه تگزاس در دالاس و مدیر مرکز تعالی آنالوگ تگزاس (TxACE) است. TxACE یک مرکز برای پیشرفت‌های فناوری مدارهای مجتمع است که توسط کنسرسیومی از شرکت‌های نیمه‌هادی تامین مالی می‌شود. دکتر وویول چوی، استادیار در دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر دانشگاه ملی سئول در کره، از زمان دوره پسادکترای خود در دانشگاه تگزاس در دالاس بخشی از این تحقیق بوده است.
الهام و توسعه
تراشه تصویربرداری تراهرتز الهام گرفته از دید ایکس‌ری است، اگرچه از فرکانس‌های تراهرتز به جای اشعه‌های مضر ایکس استفاده می‌کند. همانطور که دکتر کنت او توضیح داد: «کار ما از دید ایکس‌ری الهام گرفته است، اما به جای اشعه‌های ایکس که می‌تواند مضر باشد. این می‌تواند برای انسان‌ها مضر باشد.» در عوض، تراشه در دامنه ۲۰۰ تا ۴۰۰ گیگاهرتز از طیف الکترومغناطیسی عمل می‌کند که برای انسان‌ها ایمن است.
وقتی از او پرسیده شد که چه چیزی الهام بخش این تراشه بوده است، دکتر کنت توضیح داد که مسیر توسعه این فناوری طولانی و پیچیده بوده است. دکتر او و تیم او بیش از ۱۵ سال را صرف بهینه‌سازی تراشه کرده‌اند، عملکرد پیکسلی را ۱۰۰ میلیون برابر بهبود داده و تکنیک‌های پردازش سیگنال دیجیتال را مدنظر قرار داده‌اند.
این تحقیق پرزحمت منجر به تراشه‌ای شده که به اندازه کافی کوچک است تا در دستگاه‌های همراه یکپارچه شود و همچنان تصاویر با کیفیت بالا فراهم کند.
نحوه عملکرد تصویربرداری تراهرتز
اصل اساسی پشت تصویربرداری تراهرتز انتشار و تشخیص سیگنال‌های با فرکانس بالا است. همانطور که دکتر او توضیح داد: «ما یک منبع سیگنال ۳۰۰ گیگاهرتزی داریم که سیگنال‌ها را برای روشن کردن هر چیزی که می‌خواهید ببینید تولید می‌کند و سپس سیگنال بازتابی را برای ایجاد تصاویر دریافت می‌کنیم. ما معمولاً به این قابلیت به عنوان تصویربرداری تراهرتز اشاره می‌کنیم.»
دکتر چوی اضافه کرد: «این فرکانس می‌تواند یک نقطه شیرین باشد. فرکانس آن به اندازه کافی پایین است که می‌تواند از دیوارها و برخی مواد غیر فلزی عبور کند، اما طول موج آن به اندازه‌ای کوتاه است که انسان‌ها یا کامپیوترها به راحتی می‌توانند آن را تفسیر یا پردازش کنند.»
دامنه فرکانس تراهرتز به امواج این امکان را می‌دهد که از موادی مانند دیوارها و پاکت‌ها عبور کرده و تصاویر را بدون نیاز به اپتیک‌های حجیم فراهم کنند. این ویژگی‌ها باعث می‌شود که فناوری برای یکپارچه‌سازی در دستگاه‌های جمع‌وجور مانند گوشی‌های هوشمند بسیار مناسب باشد.
کاربردهای تصویربرداری تراهرتز
کاربردهای بالقوه تصویربرداری تراهرتز گسترده و متنوع هستند. یکی از برنامه‌های فوری آن در بازرسی بسته‌ها است. دکتر او اشاره کرد: «این فناوری به شما امکان می‌دهد از طریق دیوارها سیم‌ها، لوله‌ها و پایه‌ها را پیدا کنید. همچنین می‌تواند بسته‌ها را بازرسی کند، نقایص مخفی در مواد را شناسایی کند و حتی اسناد و ارزها را تأیید کند.»
این تراشه می‌تواند نحوه انجام کارهای روزمره را تغییر دهد. تصور کنید بتوانید محتوای یک بسته را بدون باز کردن آن تأیید کنید یا اطمینان حاصل کنید که دیوارها قبل از کارهای ترمیمی از نقص‌های مخفی خالی هستند. این امر پیامدهای چشمگیری برای صنایع ساخت و ساز، لجستیک و امنیت دارد.
اگرچه فناوری در زمینه پزشکی به دلیل عمق نفوذ کم آن در بافت‌ها محدودیت‌هایی دارد، اما همچنان می‌تواند کاربردهای مفیدی ارائه دهد. دکتر او اشاره کرد: «یکی از حوزه‌هایی که من به آن علاقه‌مند هستم حساسیت آن به آب در پوست است که می‌تواند برای نظارت بر سطح هیدراتاسیون مورد استفاده قرار گیرد. این می‌تواند قابلیت فوق‌العاده‌ای باشد، به خصوص در محیط‌های پزشکی که نظارت بر هیدراتاسیون چالش‌برانگیز است.»
ملاحظات حریم خصوصی و اخلاقی
با توانایی دیدن از طریق اشیا، مسئولیت اطمینان از حفظ حریم خصوصی نیز همراه است. دکتر او تاکید کرد: «حریم خصوصی از اهمیت بالایی برخوردار است زیرا این نوع فناوری نمی‌تواند در دستگاه‌های موبایل به طور گسترده مورد استفاده قرار گیرد اگر نتوان اطمینان حاصل کرد که حریم خصوصی می‌تواند محافظت شود.» برای رفع این موضوع، فناوری کنونی طراحی شده تا در فاصله بسیار کوتاهی عمل کند، معمولاً تا تقریبا 1.18 اینچ (3 سانتیمتر). این امر اسکن غیرمجاز را دشوار می‌کند زیرا قابل توجه خواهد بود.
نسخه‌های آینده هدف دارند که این دامنه را به حدود 7.87 اینچ (20 سانتیمتر) افزایش دهند که همچنان قابل مدیریت نخواهد بود در ارتباط با نگرانی‌های حریم خصوصی. محدودیت‌های فیزیکی فناوری همچنین به حفاظت از حریم خصوصی کمک می‌کنند زیرا ایجاد دستگاه‌هایی با دامنه‌های بسیار بلندتر از لحاظ فنی چالش‌برانگیز است.
توسعه‌های آینده و پتانسیل بازار
مسیر این فناوری به پایان نرسیده است. محققان در حال کار بر روی افزایش تعداد پیکسل‌ها در تراشه و بهبود وضوح تصاویر هستند. دکتر چوی توضیح داد: «ما قطعاً به سمت میدان دید وسیع‌تر و پیکسل‌های بیشتر حرکت می‌کنیم. اهداف مستمر ما بهبود نسبت سیگنال به نویز، دامنه، وضوح و مصرف توان است.»
تیم همچنین در حال بررسی برنامه‌های مختلف فراتر از دستگاه‌های همراه است. به عنوان مثال، تصویربرداری تراهرتز می‌تواند در عینک‌های هوشمند یکپارچه شود تا قابلیت‌های دید افزوده را برای کاربران فراهم کند. در صنعت خودرو، این فناوری می‌تواند با تشخیص اشیاء در جاده در شرایط نامساعد جوی ایمنی را بهبود ببخشد.
در حالی که برنامه‌های تجاری‌سازی هنوز در حال توسعه هستند، محققان بر ایجاد نمونه‌های اولیه که می‌توانند پتانسیل کامل این فناوری را نشان دهند تمرکز کردند. دکتر او اظهار داشت: «ما معتقدیم که این‌ها مراحل حیاتی ضروری هستند تا واقعاً جامعه سرمایه‌گذاری را هیجان‌زده کنیم تا ما بتوانیم یک قدم دیگر به سمت تجاری‌سازی برداریم.»
تراشه تصویربرداری تراهرتز نمایانگر یک پیشرفت بزرگ در فناوری تصویربرداری است. با بهره‌گیری از ویژگی‌های منحصر به فرد فرکانس‌های تراهرتز، دکتر کنت او، دکتر وویول چوی، و تیم‌هایشان ابزاری را ایجاد کرده‌اند که می‌تواند از موانع روزمره عبور کرده و امکانات جدیدی را در زمینه‌های مختلف باز کند.
با ادامه توسعه، ما می‌توانیم منتظر آینده‌ای باشیم که این فناوری نوآورانه بخشی از زندگی روزمره ما می‌شود و ناشناخته‌ها را به شکلی که هرگز تصور نمی‌کردیم قابل مشاهده خواهد کرد.
