ชิปควบคุมแสงอินฟราเรดทีละพิกเซล ช่วยให้กล้องตรวจจับความร้อน ก๊าซ และสารเคมี เพื่อใช้ในการถ่ายภาพ การตรวจสอบ และการประมวลผล

นักวิจัยจาก MIT ได้พัฒนาอุปกรณ์ทางแสงแบบชิปที่สามารถควบคุมแสงอินฟราเรดในระดับพิกเซลแต่ละพิกเซล ทำให้สามารถสร้างระบบถ่ายภาพอินฟราเรดที่มีขนาดเล็กและยืดหยุ่นกว่าเดิมได้ อุปกรณ์นี้ทำหน้าที่เหมือนเลนส์ปรับได้ โดยพิกเซลขนาดเล็กสามารถปรับการโต้ตอบกับแสงอินฟราเรดที่เข้ามาได้อย่างอิสระ ทำให้กล้องสามารถเปลี่ยนโฟกัสและตรวจจับสัญญาณต่างๆ ได้โดยไม่ต้องใช้ชิ้นส่วนที่เคลื่อนที่

อุปกรณ์นี้ใช้หลักการของเมตาเซอร์เฟซ ซึ่งเป็นโครงสร้างทางแสงแบบแบนที่มีลวดลายขนาดเล็กที่ออกแบบมาเพื่อควบคุมแสง แตกต่างจากเมตาเซอร์เฟซรุ่นก่อนๆ ที่สามารถเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติทางแสงได้เฉพาะทั่วทั้งพื้นผิวในคราวเดียวเท่านั้น การออกแบบใหม่นี้ช่วยให้สามารถควบคุมแต่ละพิกเซลได้อย่างอิสระ

เพื่อให้บรรลุเป้าหมายนี้ นักวิจัยได้ใช้สถาปัตยกรรมแบบครอสบาร์ที่คล้ายกับที่พบในเทคโนโลยีจอแสดงผล โดยใช้ลวดทองแดงสองชั้นวางตั้งฉากกัน โดยมีชั้นซิลิคอนที่เจือสารอยู่ด้านล่าง ที่จุดตัดของลวดแต่ละเส้น ซิลิคอนจะสร้างความร้อนซึ่งเปลี่ยนสถานะของวัสดุพิเศษระหว่างสถานะผลึกและสถานะอสัณฐาน การเปลี่ยนแปลงนี้จะเปลี่ยนวิธีการที่แต่ละพิกเซลมีปฏิสัมพันธ์กับแสงอินฟราเรด ไดโอดในตัวที่ทุกพิกเซลจะช่วยป้องกันกระแสไฟฟ้าที่ไม่พึงประสงค์ไม่ให้ส่งผลกระทบต่อพิกเซลข้างเคียง

นักวิจัยระบุว่า การออกแบบโครงสร้างแบบคานขวางนี้สามารถรองรับพิกเซลที่ควบคุมได้อย่างอิสระนับล้านพิกเซล พร้อมทั้งป้องกันการรั่วไหลของกระแสไฟฟ้า ทำให้เหมาะสำหรับเมตาเซอร์เฟซแบบแอคทีฟขนาดใหญ่

ทีมวิจัยได้สร้างอาร์เรย์เมตาเซอร์เฟซขนาด 6×6 พิกเซล โดยใช้สิ่งอำนวยความสะดวกที่ MIT.nano และโรงงานผลิตชิปเซมิคอนดักเตอร์เชิงพาณิชย์ การทดสอบแสดงให้เห็นว่าพิกเซลสามารถสลับการทำงานซ้ำๆ และทำงานได้อย่างน่าเชื่อถือในหลายรอบการทำงาน

นักวิจัยเชื่อว่าการใช้เทคนิคการผลิตชิปแบบมาตรฐานจะทำให้การขยายขนาดเทคโนโลยีไปไกลกว่าห้องปฏิบัติการทำได้ง่ายขึ้น ขณะนี้พวกเขากำลังทำงานเพื่อเพิ่มจำนวนพิกเซลและปรับปรุงอุปกรณ์เพื่อให้สามารถบันทึกข้อมูลอินฟราเรดที่มีรายละเอียดมากขึ้นได้

การประยุกต์ใช้งานที่เป็นไปได้ ได้แก่ การถ่ายภาพความร้อน การตรวจจับก๊าซและสารเคมี การตรวจสอบสิ่งแวดล้อม การสังเกตการณ์อวกาศ ระบบป้องกันประเทศ เช่น กล้องมองกลางคืน และการคำนวณเชิงแสง เนื่องจากโมเลกุลอินทรีย์หลายชนิดดูดซับแสงอินฟราเรดช่วงกลาง อุปกรณ์นี้จึงอาจช่วยตรวจจับก๊าซ เช่น มีเทนและโพรเพนได้ด้วย

นักวิจัยยังมองเห็นศักยภาพในอนาคตของเทคโนโลยีนี้ในด้านการคำนวณด้วยแสง โดยที่พื้นผิวเมตาที่ตั้งโปรแกรมได้อาจทำการคำนวณบางส่วนของปัญญาประดิษฐ์โดยการประมวลผลข้อมูลโดยตรงด้วยแสงแทนที่จะใช้วงจรไฟฟ้าแบบดั้งเดิม