|
Левитирующие датчики проложат путь к темной материи
|
|
|
|
Новый тип датчиков, который поднимает в воздух десятки стеклянных микрочастиц, может революционизировать точность и эффективность зондирования, заложив основу для улучшения автономных транспортных средств, навигации и даже обнаружения темной материи.
|
|
|
|
Используя камеру, созданную по образу и подобию человеческого глаза, ученые из Королевского колледжа Лондона полагают, что смогут отследить более 100 плавающих частиц с помощью одного из самых чувствительных датчиков на сегодняшний день.
|
|
|
|
Левитирующие датчики обычно выделяют мелкие частицы для наблюдения и количественной оценки воздействия на них внешних сил, таких как ускорение. Чем больше количество частиц, которые могут быть затронуты, и чем больше их изоляция от окружающей среды, тем более точным может быть датчик.
|
|
|
|
Благодаря возможности как точно отслеживать облака, состоящие из множества датчиков, так и управлять ими, конструкция King нарушает исторический выбор предыдущих устройств между быстрым отслеживанием одного объекта и медленным отслеживанием многих.
|
|
|
|
Профессор Джеймс Миллен, профессор физики Королевского университета и директор Королевского центра квантовых исследований, сказал: "Датчики, которые часто остаются незамеченными, лежат в основе большинства современных технологий и науки. Более точные датчики будут означать, что автономные транспортные средства смогут передвигаться гораздо точнее, чем раньше, поскольку они обнаруживают малейшие изменения ускорения и обеспечивают автономные навигационные системы, которые не зависят от ненадежной спутниковой связи.
|
|
|
|
|
|
|
"Левитируя микрочастицы в вакууме, мы создали крошечный датчик невероятной чувствительности. Использование нами передовых технологий, основанных на том, как мозг интерпретирует зрение, позволяет нам управлять движением датчиков с высокой скоростью, что благодаря процессу охлаждения позволило бы нам использовать свойства квантовой механики, чтобы сделать наши датчики еще более чувствительными. Это позволило бы нам исследовать невероятно слабые взаимодействия, связанные с обнаружением гравитационных волн или темной материи в лабораторных условиях".
|
|
|
|
В исследовании, опубликованном в журнале Nature Communications, используется нейроморфная камера, или камера, основанная на событиях, происходящих в мозге, для обнаружения движения множества микрочастиц, взвешенных в электромагнитных полях. Регистрируя только движение микрочастиц, а не снимая на видео все, что находится в поле зрения, камера собирает только необходимую информацию. Использование алгоритма искусственного интеллекта позволяет исследователям отслеживать движение частиц как по отдельности, так и в совокупности в виде единого облака, чтобы понять все силы, действующие на них. Это обеспечивает беспрецедентный уровень точности.
|
|
|
|
Такой подход позволяет получать минимальный объем данных, что позволяет авторам генерировать сигналы обратной связи в режиме реального времени для управления движением каждой частицы в массиве. Управляя движением микрочастиц, исследователи могут снизить их энергопотребление, эффективно охлаждая их и стабилизируя их движение.
|
|
|
|
Из-за очень низкого энергопотребления, используемого для питания этих устройств, команда считает, что есть значительные возможности для увеличения количества частиц, поднимаемых датчиком, и внедрения технологии в чипы.
|
|
|
|
Доктор Юган Рен, бывший научный сотрудник King's и первый автор исследования, сказал: "Из-за низкого энергопотребления как нашей технологии обработки изображений, так и алгоритмов, которые мы используем для отслеживания датчиков, внедрение в компьютерные чипы может стать возможным в ближайшие пять-десять лет. Это означает, что все, от мониторинга окружающей среды до бытовой электроники, может выиграть от более точного определения — будь то наличие вредных газов или отслеживание того, где мы находимся.
|
|
|
|
"В будущем наш подход может помочь охладить частицы до температуры ниже тысячной доли градуса выше абсолютного нуля, что является минимально возможной температурой, допускаемой квантовой физикой, устраняя тепловые помехи и вибрации, которые снижают точность датчика. Это позволило бы создать квантовый датчик с точностью и чувствительностью, не имеющими аналогов по классической технологии, которую мы используем сегодня".
|
|
|
|
Источник
|
