تقنية جديدة تزيد حساســـية الكاميرا للضوء 1000 مــــرة
توصل فريق من الباحثين في سنغافورة إلى تقنية جديدة لصناعة مستشعر أو حساس للكاميرا باستخدام مادة الغرافين، تتيح التقاط صور أكثر دقة ووضوحاً في ظروف الإضاءة المعتمة.
ويتميز المستشعر، وهو الجزء المسؤول عن تحويل الضوء الملتقط بواسطة العدسة إلى إشارات رقمية، المصنوع من الغرافين، بحساسيته العالية للضوء، التي تفوق المستشعرات المتوافرة في الكاميرات الحالية بـ1000 درجة، ما يُمكِّنه من الكشف عن مدى واسع من الأطياف الضوئية، تراوح بين الضوء المرئي ومنتصف الأشعة تحت الحمراء، وإضافة إلى ذلك يتفوق على المستشعرات الحالية باستهلاكه المنخفض للطاقة بمعدل أقل بـ10 مرات.
وعملياً، تقل كلفة إنتاج المستشعرات المصنوعة من الغرافين بخمس مرات عن التقنيات القائمة، كما تصلح للاستخدام في مختلف أنواع آلات التصوير، من كاميرات الأشعة تحت الحمراء، والتصوير بالأقمار الاصطناعية، إلى الكاميرات السريعة التي تتابع حركة المرور وغيرها.
ويُمثِّل هذا الابتكار أحد التطبيقات العديدة لاستخدام للغرافين، وهو نوع من ذرات الكربون النقية التي تتخذ بنية سداسية الشكل تشبه خلية النحل، وبسماكة ذرة واحدة أي أنحف مليون مرة من سماكة شعر الإنسان، ويتميز، بجانب حساسيته وقدرته العالية على امتصاص الضوء، بالشفافية والمتانة والمرونة وبكونه من أفضل المواد الموصلة للحرارة والكهرباء.
وكان عالمان من جامعة «مانشستر» البريطانية نالا جائزة نوبل للفيزياء قبل ثلاثة أعوام لنجاحهما في استخلاص الغرافين.
واستغرقت الأبحاث، التي أثبتت فاعلية استخدام الغرافين في إنتاج المستشعرات الحساسة للضوء نحو عامين، وقادها الأستاذ المساعد في كلية الهندسة الكهربائية والإلكترونية في جامعة «نانيانغ» للتكنولوجيا في سنغافورة، وانغ كويجي.
وقال كويجي: «اتضح الآن أنه من الممكن صنع مستشعرات رخيصة وحساسة باستخدام الغرافين فقط»، وتوقع أن يمتد تأثير ابتكاره إلى جميع أنواع الكاميرات، بدءاً من الكاميرات الرقمية التجارية، إلى التصوير الفضائي وصناعة الاتصالات، وانتهاء بالمجالات المعتمدة على الأشعة تحت الحمراء.
وفي إشارة إلى الجانب التطبيقي من ابتكاره، أضاف كويجي: «وضعنا نصب أعيننا أثناء تصميم هذا المستشعر أساليب التصنيع المستخدمة حالياً، وهو ما يعني إمكانية أن يُواصل المصنعون إنتاج المستشعرات من نوع (سي إم أو إس)، وهي التقنية الأكثر شيوعاً بين معظم مصانع الإلكترونيات، وبالتالي يمُكن للمصنعين إحلال الغرافين مكان المادة المستخدمة في صناعة المستشعرات الحالية».
ويرى كويجي، الذي تقدم لتسجيل براءة اختراع لابتكاره في جامعة «نانيانغ»، أن استخدام الغرافين في إنتاج المستشعرات سيُخفِّض من كلفة الإنتاج، بما يؤدي إلى توفير كاميرات أرخص تتمتع ببطاريات تدوم لفترات أطول، كما يعتقد بإمكانية العمل على تحسين أداء المستشعر وسرعة استجابته للضوء، بعدما أثبتت التجارب الأولية فاعلية الفكرة.
وتعتمد فكرة إنتاج المستشعرات الجديدة على تشكيل لوح مسطح من الغرافين بالاستفادة من حساسيته الفائقة للطيف الضوئي، فيعمل على الاحتفاظ بجزيئات الضوء مدة أطول، ما يُولِّد إشارة كهربائية أقوى، ويمكن لهذه الإشارة القوية أن تتحول إلى صورة دقيقة وواضحة يتم التقاطها بالكاميرات الرقمية، وهو ما يجعل هذه المستشعرات أكثر فاعلية وكفاءة من التقنيات المستخدمة في الوقت الحاضر سواء «سي إم أو إس» أو «سي سي دي». وتبقى الخطوة التالية أن يبدأ العمل مع الشركات المصنعة لتطوير مستشعرات الغرافين كمنتجات تجارية.