Investigadores del MIT desarrollan chip infrarrojo que revoluciona las cámaras térmicas sin piezas móviles
Científicos del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) han creado un chip infrarrojo programable que permite controlar la captura de luz infrarroja a nivel de píxeles individuales sin necesidad de componentes mecánicos móviles. El dispositivo, que funciona como una lente infrarroja integrada en un semiconductor, podría transformar aplicaciones que van desde la detección de fugas de gas y monitoreo ambiental hasta sistemas de visión nocturna militar y computación óptica futura, según reporta Interesting Engineering.
El nuevo chip desarrollado por investigadores del MIT representa un avance significativo en tecnología de imagen térmica. A diferencia de los sistemas infrarrojos convencionales que dependen de componentes mecánicos voluminosos para cambiar el enfoque, este diseño controla la luz electrónicamente a nivel de píxeles microscópicos individuales.
El dispositivo funciona como una metasuperficie programable, combinando un material de cambio de fase con una red de cables de cobre cruzados similar a la utilizada en tecnologías de pantalla. En las intersecciones de los cables, el calor generado a través de interruptores de silicio dopado cambia pequeñas regiones del material entre estados cristalino y amorfo. Estos cambios alteran cómo cada píxel manipula la luz infrarroja entrante.
Según Juejun Hu, profesor John F. Elliott de Ciencia e Ingeniería de Materiales del MIT, la innovación clave radica en la arquitectura de red cruzada. "Realizamos cálculos que demuestran que esta arquitectura nos permite escalar potencialmente a millones de píxeles sin problemas de corrientes no deseadas", explicó Hu. "La innovación es esta arquitectura de red cruzada, que crea una forma escalable de aumentar el control de píxeles de metasuperficies. No inventamos esta arquitectura —se usa en pantallas— pero es la primera vez que alguien la utiliza para metasuperficies de cambio de fase activo para demostrar que se puede lograr control a nivel de píxeles".
Los sistemas de metasuperficies programables anteriores generalmente controlaban una lente completa de una sola vez o requerían cableado complejo para cada píxel, lo que hacía que los diseños a gran escala fueran difíciles de implementar. La nueva arquitectura de red cruzada resuelve este desafío al permitir control de píxeles bidimensional mientras reduce la interferencia eléctrica no deseada.
El equipo de investigación fabricó un conjunto de metasuperficie de píxeles de 6 por 6 y descubrió que podía cambiar repetidamente entre estados sin perder funcionalidad. Este prototipo a escala de laboratorio utilizó procesos de fabricación ya comunes en la fabricación de chips semiconductores, lo que sugiere que el diseño podría eventualmente producirse a escala industrial.
Las aplicaciones potenciales del chip son amplias y variadas. La luz infrarroja media es particularmente útil porque muchos gases y moléculas orgánicas absorben luz en este rango de longitud de onda, lo que la hace valiosa para detectar químicos como metano y propano. Cosmin-Constantin Popescu, primer autor del estudio, señaló: "Esto podría darnos más información mientras estudiamos el espacio, o ayudar con protecciones ambientales donde quieres monitorear compuestos específicos en la atmósfera. La imagen térmica es otra aplicación, y puedes pensar en aplicaciones militares donde actualmente se usan gafas de visión nocturna".
El chip también podría revolucionar la detección ambiental y la monitorización de contaminación. Su capacidad para ajustar dinámicamente cómo captura diferentes tipos de información de la misma escena lo hace especialmente versátil para aplicaciones de vigilancia ambiental y detección de fugas de gas en infraestructuras industriales.
Más allá de las aplicaciones inmediatas, el equipo de investigación cree que las metasuperficies programables podrían eventualmente soportar computación óptica, donde la luz realiza cálculos en lugar de circuitos electrónicos convencionales. Hu indicó que versiones futuras podrían configurarse para destacar objetos o patrones específicos en imágenes basándose en lo que un usuario desea detectar, abriendo posibilidades para sistemas de visión inteligente y autónoma.
Los investigadores ahora trabajan para aumentar el número de píxeles y mejorar la durabilidad del dispositivo para que pueda capturar información infrarroja más detallada mientras permanece compatible con la fabricación de semiconductores. Este enfoque de mejora incremental sugiere que la tecnología podría estar lista para aplicaciones comerciales en los próximos años.
El estudio fue publicado en la revista Nature Communications, lo que indica que ha pasado por revisión por pares y ha sido validado por la comunidad científica internacional.