Maskiner, der kan se gennem genstande og inde i den menneskelige krop i realtid, har eksisteret i årtier. Men på grund af deres bulk og omkostninger findes de mest i lufthavne, hvor de bruges til screening eller medicinske bygninger, hvor MR-faciliteter - bestående af flere værelser - kan koste op til $ 3 millioner.
Men en samarbejdsindsats mellem forskere ved Sandia National Laboratories, Rice University og Tokyo Institute of Technology sigter mod at gøre denne form for billedbehandling langt mere bærbar og overkommelig - en ændring, der kan have store konsekvenser for medicinsk billeddannelse, passagerscreening og endda fødevarekontrol .
Teknikken, der er beskrevet i tidsskriftet Nano Letters, bruger terahertz-stråling (også kendt som submillimeterbølger på grund af størrelsen på deres bølgelængder), der falder mellem de mindre bølgelængder, der typisk bruges til elektronik og de større bølger, der bruges til optik. Bølgerne udsendes af en sender, men i modsætning til i større maskiner bliver de opfanget af en detektor lavet af en tynd film af tætpakket kulstofnanorør, hvilket gør billedbehandlingsprocessen mindre kompleks og voluminøs.
Noget lignende teknologi bruges allerede i store lufthavnsscreeningsenheder. Men ifølge Sandia Labs François Léonard, en af forfatterne til papiret, bruger den nye teknik endnu mindre bølgelængder - mellem 300 gigahertz og 3 terahertz i stedet for standardfrekvensen fra 30 til 300 gigahertz for millimeterbølger.
Den mindre bølgelængdestørrelse kunne være nyttig til sikkerhedsmæssige formål, siger Léonard: Nogle eksplosiver, der ikke er så synlige i millimeterområdet, kan ses med terahertz-teknologi. Så ikke kun kunne disse detektorer muliggøre hurtigere screeninger takket være deres mindre størrelse, men de kunne også være bedre egnet til at stoppe potentielle terrorister.
Det har været en udfordring for dem i branchen at finde materialer, der ikke kun kan absorbere energien ved så lave frekvenser effektivt, men også konvertere dem til et nyttigt elektronisk signal - og det er derfor detektionsteknologien, der er den virkelige innovation. Fordi kulstofnanorør (lange, tynde cylindriske melodier af kulstofmolekyler) er fremragende ved at absorbere elektromagnetisk lys, har forskere længe været interesseret i deres anvendelse som detektorer. Men i fortiden, fordi terahertz-bølger er store sammenlignet med størrelsen på nanorørene, har de krævet brug af en antenne, som tilføjer en enheds størrelse, omkostninger og effektkrav.
”[Forrige] nanorørdetektorer brugte kun en eller nogle få nanorør, ” siger Léonard. "Fordi nanorørene er så små, måtte terahertz-strålingen tragtes til nanorøret for at forbedre detektiviteten."
Nu har forskere imidlertid fundet en måde at kombinere flere nanorør sammen i en tætpakket tynd film, der kombinerer både metalliske nanorør, som absorberer bølgerne, og halvledende nanorør, som hjælper med at omdanne bølgerne til et anvendeligt signal. Léonard siger, at det ville være ekstremt vanskeligt at opnå denne densitet ved hjælp af andre typer detektorer.
Ifølge forskerne kræver denne teknik ikke ekstra kraft til at betjene. Det kan også fungere ved stuetemperatur - en stor gevinst for visse anvendelser som MRI-maskiner, der skal bades i flydende helium (opnå temperaturer omkring 450 grader under nul Fahrenheit) for at opnå billeder i høj kvalitet.
Denne video giver et bag kulisserne et blik på, hvordan proceduren ser ud:
Rice University-fysiker Junichiro Kono, en af papirets andre forfattere, mener, at teknologien også kan bruges til at forbedre sikkerhedsscreeninger af passagerer og fragt også. Men han mener også, at terahertz-teknologi en dag kunne erstatte voluminøse, dyre MR-maskiner med en enhed, der er meget mindre.
”De potentielle forbedringer i størrelse, lethed, omkostninger og mobilitet af en terahertz-baseret detektor er fænomenal, ” sagde Kono i en historie fra Rice University om forskningen. ”Med denne teknologi kan du tænkeligt designe et håndholdt terahertz-detekteringskamera, der viser tumorer i realtid med nøjagtigt nøjagtighed. Og det kunne gøres uden den skræmmende karakter af MR-teknologi. ”
Léonard siger, at det er for tidligt at fortælle, hvornår deres detektorer vil komme fra laboratoriet til faktiske enheder, men han siger, at de først kan bruges i bærbare enheder til at inspicere mad eller andet materiale uden at beskadige dem eller forstyrre dem. For øjeblikket er teknikken stadig i sin barndom, begrænset til laboratoriet. Vi bliver sandsynligvis nødt til at vente, indtil der er produceret prototyper, inden vi ved nøjagtigt, hvor disse terahertz-detektorer fungerer bedst.
