В Китае создали мощный чип для телескопов: он способен делать мгновенные снимки Вселенной

Разработку представила группа исследователей из Университета Цинхуа. Она представляет собой оптический чип размером с человеческий ноготь, который способен в реальном времени анализировать свет с точностью, ранее недостижимой для компактных устройств. Своими результатами инженеры поделились в статье, опубликованной в журнале Nature.

Ученым удалось найти компромисс между разрешающей способностью прибора и его эффективностью. Традиционные инструменты для получения изображений расщепляют свет на отдельные цвета для анализа его составляющих. Чем четче разделение, тем больше света теряется и тем крупнее должна быть оптика. Чип, получивший название «Юйхэн» (или Rafael), подходит к задаче принципиально иначе, используя передовые достижения в области вычислительной оптики, искусственного интеллекта и науки о материалах.

Вместо того чтобы разделять свет на составляющие, чип пропускает весь световой поток внутрь себя одновременно. Внутри устройства лучи особым образом кодируются в виде уникального рисунка, формируемого внутри устройства. Затем компьютерные алгоритмы расшифровывают этот код и мгновенного реконструируют полную информацию о свете. Для реализации этой идеи команда использовала кристалл ниобата лития, который способен менять направление света при подаче электрического напряжения. Это свойство в сочетании со сложными интерференционными паттернами и позволяет чипу собирать высокодетализированные данные о цвете на высокой скорости.

Результаты впечатляют: чип способен различать цвета, разделенные друг от друга менее чем на десятую долю нанометра, что примерно в 100 раз четче, чем у современных аналогов, делающих «мгновенные снимки». При этом система демонстрирует высочайшую эффективность: она пропускает через себя 73% входящего света и запечатлевает данные со скоростью 88 кадров в секунду. Это означает, что «Юйхэн» обеспечивает сверхвысокое цветовое разрешение без ущерба для яркости снимков или скорости работы. По сути, в таком компактном устройстве вмещается функционал большого оптического стенда.

Практическое применение этой технологии поистине безгранично. «Юйхэн» способен записывать цветовые сигнатуры почти 10 тыс. звезд каждую секунду. Это означает, что астрономическая задача по картографированию Млечного Пути, которая при использовании традиционных методов могла бы занять тысячелетия, теперь потенциально может быть выполнена менее чем за 10 лет. Ученые уже планируют протестировать инженерную модель чипа на крупнейшем в мире телескопе с одноапертурным зеркалом — Большом Канарском телескопе, который используется для изучения звезд, галактик и поиска темной материи.

Однако потенциал «Юйхэна» простирается далеко за пределы астрономии. По словам разработчиков, он может использоваться в медицине — для неинвазивных методов, позволяющих врачам анализировать здоровье тканей по их оптическим свойствам, или в экологии — дроны, оснащенные таким чипом, смогут с воздуха определять загрязнения или оценивать качество почвы. Если использовать технологию в транспорте, она позволит беспилотным автомобилям точнее различать дорожное покрытие, знаки и препятствия в сложных условиях освещения.

Дальнейшая работа исследователей будет направлена на повышение стабильности чипа, интеграцию вычислительных блоков для еще более быстрой обработки данных прямо, а также на масштабирование технологии для широкого научного и коммерческого использования.

Ранее китайские инженеры нашли способ решения проблемы «перенаселения» околоземной орбиты. Оно заключается в создании совместно используемой мегагруппировки спутников.