Cientistas, incluindo um pesquisador de materiais da Oregon State University, desenvolveram uma ferramenta melhor para medir a luz, contribuindo para um campo conhecido como espectrometria óptica de uma maneira que poderia melhorar tudo, desde câmeras de smartphones até monitoramento ambiental.

O estudo, publicado hoje na Science , foi liderado pela Universidade Aalto da Finlândia e resultou em um espectrômetro poderoso e ultra-minúsculo que cabe em um microchip e é operado usando inteligência artificial.

A pesquisa envolveu uma classe comparativamente nova de materiais superfinos conhecidos como semicondutores bidimensionais, e o resultado é uma prova de conceito para um espectrômetro que pode ser prontamente incorporado a uma variedade de tecnologias - incluindo plataformas de inspeção de qualidade, sensores de segurança, sensores biomédicos analisadores e telescópios espaciais.

"Nós demonstramos uma maneira de construir espectrômetros que são muito mais em miniatura do que o que é normalmente usado hoje", disse Ethan Minot, professor de física da OSU College of Science. “Os espectrômetros medem a força da luz em diferentes comprimentos de onda e são super úteis em muitas indústrias e em todos os campos da ciência para identificar amostras e caracterizar materiais”.

Os espectrômetros tradicionais exigem componentes ópticos e mecânicos volumosos, enquanto o novo dispositivo pode caber na ponta de um cabelo humano, disse Minot. A nova pesquisa sugere que esses componentes podem ser substituídos por novos materiais semicondutores e IA, permitindo que os espectrômetros sejam drasticamente reduzidos em tamanho dos menores atuais, que são do tamanho de uma uva.

"Nosso espectrômetro não requer a montagem de componentes ópticos e mecânicos separados ou projetos de matriz para dispersar e filtrar a luz", disse Hoon Hahn Yoon, que liderou o estudo com o colega da Universidade de Aalto, Zhipei Sun Yoon. "Além disso, ele pode atingir uma alta resolução comparável aos sistemas de bancada, mas em um pacote muito menor."

O dispositivo é 100% eletricamente controlável em relação às cores da luz que absorve, o que lhe confere um enorme potencial de escalabilidade e ampla usabilidade, dizem os pesquisadores.

“Integrá-lo diretamente em dispositivos portáteis , como smartphones e drones, pode melhorar nossas vidas diárias”, disse Yoon. "Imagine que a próxima geração de nossas câmeras de smartphones poderia ser câmeras hiperespectrais."

Essas câmeras hiperespectrais poderiam capturar e analisar informações não apenas de comprimentos de onda visíveis, mas também permitir imagens e análises infravermelhas.

"É empolgante que nosso espectrômetro abra possibilidades para todos os tipos de novos aparelhos do dia a dia e instrumentos para fazer novas ciências também", disse Minot.

Na medicina, por exemplo, os espectrômetros já estão sendo testados quanto à sua capacidade de identificar mudanças sutis no tecido humano, como a diferença entre tumores e tecidos saudáveis.

Para o monitoramento ambiental , acrescentou Minot, os espectrômetros podem detectar exatamente que tipo de poluição está no ar, na água ou no solo, e quanto está lá.

"Seria bom ter espectrômetros portáteis de baixo custo fazendo esse trabalho para nós", disse ele. "E no ambiente educacional, o ensino prático de conceitos científicos seria mais eficaz com espectrômetros compactos e baratos."

Os aplicativos também são abundantes para amadores voltados para a ciência, disse Minot.

"Se você gosta de astronomia, pode estar interessado em medir o espectro de luz que você coleta com seu telescópio e fazer com que essa informação identifique uma estrela ou planeta", disse ele. "Se a geologia é seu hobby, você pode identificar pedras preciosas medindo o espectro de luz que elas absorvem."

Minot pensa que, à medida que o trabalho com semicondutores bidimensionais progride, "estaremos descobrindo rapidamente novas maneiras de usar suas novas propriedades ópticas e eletrônicas". A pesquisa em semicondutores 2D está em andamento há apenas uma dúzia de anos, começando com o estudo do grafeno, carbono organizado em uma rede de favo de mel com a espessura de um átomo.

"É realmente emocionante", disse Minot. "Acredito que continuaremos a ter avanços interessantes estudando semicondutores bidimensionais."

Além de Minot, Yoon e Sun, a colaboração incluiu cientistas da Shanghai Jiao Tong University, Zhejiang University, Sichuan University, Yonsei University e University of Cambridge, além de outros pesquisadores da Aalto University.