Σιγά σιγά θα πρέπει να αρχίσουμε να συνηθίζουμε σε νέα λέξη. Όπως ακούμε συνεχώς τα τελευταία χρόνια για τεχνητή νοημοσύνη, για νευρωνικά δίκτυα, για deep learning, για νανοτεχνολογία, για οτιδήποτε κβαντικό, έτσι και από τούδε και εις το εξής θα πρέπει να συνηθίσουμε το πρόθεμα «μετά-». Γιατί; Μα διότι θα αποτελέσει μεγάλο «σουξέ» τα επόμενα χρόνια και θα αρχίσουμε να το βλέπουμε όλο και περισσότερο.
Μετα-υλικά, μετα-φακοί, μετα-επιφάνειες, και ό,τι άλλο κατεβάσει το μυαλό των ερευνητών. Όλα αυτά εμπίπτουν στην κατηγορία των μεταϋλικών, τα οποία είναι υλικά με ιδιότητες που δεν αντιστοιχούν στο ίδιο το υλικό. Αυτό επιτυγχάνεται μέσω της εφαρμογής της… κβαντομηχανικής για την κατασκευή υλικών τα οποία έχουν ιδιότητες οι οποίες δεν υπάρχουν σε τέτοια υλικά στη φύση. Η επιστήμη και η τεχνολογία μας έχουν επιτρέψει να επεμβαίνουμε στην ίδια την ύλη και να κατασκευάζουμε υλικά με χρήσιμες – και κάποιες φορές εξωφρενικές – ιδιότητες.
Πάνω σε αυτή τη βάση, τώρα έχουμε και μεταφακούς! Η τεχνολογία είναι αυτή των μεταεπιφανειών, στην οποία σε ένα υπόστρωμα, πχ γυαλί, κατασκευάζονται μικροσκοπικά κυλινδρικά «κολωνάκια». Το αποτέλεσμα είναι πως η επιφάνεια αυτή συμπεριφέρεται σαν φακός (οπτικός, όχι από αυτούς που φωτίζουμε στο σκοτάδι). Το γιατί μια επίπεδη επιφάνεια με μικροσκοπικά γυάλινα κολωνάκια συμπεριφέρεται σαν φακός, αυτό βρίσκεται στο πεδίο της κβαντομηχανικής και είναι (πολύ) πέραν του βεληνεκούς αυτού του άρθρου. Για να μην μπαίνουμε σε υπεραπλουστεύσεις, ας το αφήσουμε απλά στο ότι το φως συμπεριφέρεται πολύ περίεργα όταν συναντά αντικείμενα και δομές κοντά στο δικό του μήκος κύματος. Οι επιστήμονες για δεκαετίες γνώριζαν αυτές τις ιδιότητες, όμως αρκούνταν στο να τις παρατηρούν – και ενίοτε να προσπαθούν να τις μειώσουν. Τα τελευταία χρόνια, όμως, με την πρόοδο της τεχνολογίας, είναι σε θέση να τιθασεύσουν αυτές τις περίεργες ιδιότητες και να τις εκμεταλλευτούν προς όφελος της ανθρωπότητας!
Η κατασκευή αυτών των μικροσκοπικών δομών είναι υπόθεση καθόλου εύκολη, μιας και τα περιθώρια κατασκευαστικών σφαλμάτων είναι πρακτικώς ανύπαρκτα. Ακόμη και ένα απειροελάχιστο σφάλμα μπορεί να αλλάξει εντελώς τη συμπεριφορά ενός τέτοιου μεταϋλικού. Αλλά και η ίδια η σχεδίαση τέτοιων μικροσκοπικών δομών είναι ακόμη πιο δύσκολη, μιας και πρέπει τα στοιχεία της δομής να αλληλεπιδρούν μεταξύ τους και με το φως με τέτοιο τρόπο ώστε να επιτυγχάνεται το επιθυμητό αποτέλεσμα. Όπερ αποτέλεσμα, εν προκειμένω, είναι η σύγκλιση και η εστίαση των ακτίνων του φωτός.
Η έρευνα διεξήχθη στο Princeton University of New Jersey και ο ερευνητής Ethan Tseng αναφέρει πως «για την καταγραφή εικόνων RGB [έγχρωμων] με πολύ μεγάλο εύρος πεδίου, προηγουμένως δεν γνωρίζαμε πώς να σχεδιάσουμε τα εκατομμύρια των νανο-δομών μαζί με αλγόριθμους επεξεργασίας ‘post-processing’». Από αυτή τη δήλωση γίνεται κατανοητό πως το σύστημα δεν είναι μόνο ο πρωτοποριακός μεταφακός, αλλά και οι ιδιαίτεροι αλγόριθμοι που απαιτούνται για την εξαγωγή μιας χρήσιμης εικόνας από το σύστημα. Οι αλγόριθμοι υλοποιούνται από το hardware και είναι τύπου… machine learning (αργά ή γρήγορα θα ερχόταν και αυτό), για να μειώσει τη «θολούρα» και άλλες παραμορφώσεις που είναι αναπόφευκτες για φακούς τόσο μικρού μεγέθους.
Το τελικό αποτέλεσμα δεν είναι μόνο ο μεταφακός, αλλά ολόκληρο το σύστημα της κάμερας, το οποίο χρησιμοποιεί τον μεταφακό στη θέση των γνωστών κυρτών γυάλινων ή πλαστικών φακών, και ο οποίος έχει πάχος μισό χιλιοστό! Στην επιφάνειά του βρίσκονται 1,6 εκατομμύρια κυλινδρικά “κολωνάκια”, με το μέγεθος, το σχήμα και τη θέση του καθενός εξ αυτών να έχει σχεδιαστεί έτσι ώστε να στέλνει στον αισθητήρα το φως με τον κατάλληλο τρόπο!
Η σημασία του επιτεύγματος αυτού είναι τεράστια. Μάλιστα, το υλικό του μεταφακού, νιτρίδιο του πυριτίου, είναι συμβατό με τις τεχνολογίες κατασκευής μικροηλεκτρονικών, όπερ σημαίνει πως δεν θα είναι καθόλου δύσκολο να μπει σε μαζική παραγωγή χρησιμοποιώντας υφιστάμενες υποδομές και τεχνολογίες. Προφανώς υπάρχει ακόμη δρόμος μέχρι το να μπει σε κυκλοφορία αυτή η τεχνολογία, αλλά οι διαδικασίες έχουν ξεκινήσει.
Αυτή η τεχνολογία έχει, όμως, και μια άλλη πιθανή χρήση, εκτός των… νανοσκοπικών καμερών: μπορεί να εφαρμοστεί σε μεγαλύτερα μεγέθη και να επιτρέψει, για παράδειγμα, τη μετατροπή μιας ολόκληρης επιφάνειας σε κάμερα. Μπορούμε να φανταστούμε, για παράδειγμα, ένα κινητό τηλέφωνο του οποίου ολόκληρη η πλάτη να είναι μια τεράστια κάμερα, αντί να έχει μία, δύο ή τρεις μεμονωμένες κάμερες, όπως γίνεται σήμερα.
Πρέπει να έχετε συνδεθεί για να σχολιάσετε.