تصویربرداری-حرارتی-دانشگاه-رایس

تحولی در تصویربرداری حرارتی توسط دانشمندان دانشگاه رایس

یک تیم از دانشمندان دانشگاه رایس موفق به حل یک مشکل قدیمی در تصویربرداری حرارتی شده‌اند که امکان گرفتن تصاویر واضح از اشیاء را از طریق پنجره‌های داغ فراهم می‌کند. نتایج این تحقیق که در نشریه مهندسی ارتباطات منتشر شده است، می‌تواند در زمینه‌های مختلفی مانند امنیت، نظارت، تحقیقات صنعتی و تشخیص بیماری‌ها مفید باشد.

گوروراج نایک، استاد همکار مهندسی برق و کامپیوتر در دانشگاه رایس و نویسنده مسئول این مطالعه، گفت: “فرض کنید بخواهید از تصویربرداری حرارتی برای نظارت بر واکنش‌های شیمیایی در یک محفظه راکتور با دمای بالا استفاده کنید. مشکلی که با آن مواجه خواهید شد این است که تابش حرارتی که خود پنجره ساطع می‌کند، دوربین را تحت تأثیر قرار داده و دید اشیاء در سمت دیگر را مسدود می‌کند.”

یک راه‌حل ممکن می‌تواند شامل پوشاندن پنجره با ماده‌ای باشد که تابش حرارتی به سمت دوربین را کاهش دهد، اما این کار همچنین پنجره را غیرشفاف می‌کند. برای حل این مشکل، محققان پوششی توسعه داده‌اند که بر اساس عدم تقارن مهندسی شده عمل می‌کند تا نویز حرارتی پنجره داغ را فیلتر کند و کنتراست تصویربرداری حرارتی را نسبت به روش‌های متداول دو برابر کند.

تیم علمی متنوع در آزمایشگاه مدرن دانشگاه رایس در حال بررسی فناوری تصویربرداری حرارتی.
دانشمندان دانشگاه رایس در حال پیشرفت در تصویربرداری حرارتی برای کاربردهای مختلف هستند.

هسته این پیشرفت در طراحی رزوناتورهای نانوسکوپی نهفته است که مانند چنگک‌های کوچک عمل می‌کنند و امواج الکترومغناطیسی را در فرکانس‌های خاصی به دام می‌اندازند و تقویت می‌کنند. این رزوناتورها از سیلیکون ساخته شده‌اند و در یک آرایه دقیق سازمان‌دهی شده‌اند که کنترل دقیقی بر نحوه تابش و انتقال تابش حرارتی پنجره فراهم می‌کند.

📢 اگر عاشق علم هستید و نمی‌خواهید هیچ مقاله‌ای را از دست بدهید…

به کانال تلگرام ما بپیوندید! تمامی مقالات جدید روزانه در آنجا منتشر می‌شوند.

📲 عضویت در کانال تلگرام
پاپ‌آپ اطلاعیه با اسکرول

نایک در ادامه افزود: “سؤال جالب برای ما این بود که آیا می‌توان تابش حرارتی پنجره را به سمت دوربین کاهش داد در حالی که انتقال خوبی از سمت شیء مورد نظر برای تصویربرداری حفظ شود.” او همچنین اشاره کرد: “نظریه اطلاعات در هر سیستم غیرفعال پاسخ ‘نه’ را تعیین می‌کند.”

نوآوری در تصویربرداری حرارتی با استفاده از متامواد

با این حال، یک نقص وجود دارد — در واقع، دوربین در یک باند فرکانسی محدود عمل می‌کند. ما از این نقص بهره‌برداری کرده و پوششی ایجاد کردیم که تابش حرارتی را از پنجره به سمت دوربین در یک باند وسیع کاهش می‌دهد، اما تنها انتقال تابش از شیء تصویربرداری شده را در یک باند باریک کاهش می‌دهد.

تصویری هنری از رزوناتورهای نانوسکوپی طراحی‌شده که امواج الکترومغناطیسی را به دام می‌اندازند.
رزوناتورهای نانوسکوپی، ابزاری کلیدی در نواوری تصویربرداری حرارتی، در این تصویر به نمایش درآمده‌اند.

این کار با طراحی یک متاماده که شامل دو لایه از نوع‌های مختلف رزوناتور است و توسط یک لایه فاصله‌دهنده از هم جدا شده‌اند، انجام شد. این طراحی به پوشش اجازه می‌دهد تا تابش‌های حرارتی که به سمت دوربین هدایت می‌شوند را سرکوب کند در حالی که به اندازه کافی شفاف است تا تابش حرارتی از اشیاء پشت پنجره را ثبت کند.

سیریل ساموئل پراساد، فارغ‌التحصیل دکتری مهندسی از دانشگاه رایس و نویسنده اول این مطالعه، گفت: “راه‌حل ما برای این مشکل از مکانیک کوانتومی و اپتیک غیرهرمیتی الهام گرفته شده است.” نتیجه این نوآوری، یک متاویندوی نامتقارن انقلابی است که قادر به تصویربرداری حرارتی واضح در دماهایی تا 873 کلوین (تقریباً 600 درجه سانتی‌گراد) است.

صحنه‌ای صنعتی با دانشمندان در حال نظارت بر فرآیندهای شیمیایی درون محفظه‌ای با دمای بالا.
نظارت بر واکنش‌های شیمیایی در دماهای بالا با استفاده از پیشرفت‌های جدید در تصویربرداری حرارتی.

پیامدهای این پیشرفت بسیار مهم است. یکی از کاربردهای فوری آن در فرآیندهای شیمیایی است، جایی که نظارت بر واکنش‌ها درون اتاقک‌های دما بالا حیاتی است. فراتر از کاربردهای صنعتی، این رویکرد ممکن است تصویربرداری حرارتی هایپرسپکترا را با حل مشکل دیرینه “اثر نرگس” که در آن تابش‌های حرارتی خود دوربین با تصویربرداری تداخل می‌کند، متحول کند.

محققان پیش‌بینی می‌کنند که این فناوری در صرفه‌جویی انرژی، خنک‌سازی تابشی و حتی سیستم‌های دفاعی که در آن تصویربرداری حرارتی دقیق ضروری است، کاربرد خواهد داشت. محققان خاطرنشان کردند: “این یک نوآوری مخرب است. ما نه تنها یک مشکل دیرینه را حل کرده‌ایم بلکه درهای جدیدی برای تصویربرداری در شرایط شدید گشوده‌ایم. استفاده از متاسطح‌ها و رزوناتورها به عنوان ابزارهای طراحی احتمالاً بسیاری از حوزه‌ها را فراتر از تصویربرداری حرارتی، از برداشت انرژی تا فناوری‌های حسگری پیشرفته، متحول خواهد کرد.”

هنری اوریت، دانشمند ارشد در آزمایشگاه تحقیقات ارتش ایالات متحده و عضو هیئت علمی دانشگاه رایس، نیز یکی از نویسندگان این مطالعه است. این تحقیق با حمایت دفتر تحقیقات ارتش ایالات متحده تحت توافق همکاری شماره W911NF2120031 انجام شده است.

مقاله های شبیه به این مقاله

بیشتر بخوانید

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *