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- 傳感器利用聲波在最小尺度上探測(cè)物體
- 來(lái)源：Noah Lloyd, Northeastern University 發(fā)表于 2025/12/16
每臺(tái)相機(jī)的核心都有一個(gè)傳感器，無(wú)論是一組光感應(yīng)像素，還是一條35毫米膠片帶。但如果你想拍出一個(gè)非常小的物體，以至于傳感器本身不得不收縮到導(dǎo)致傳感器性能大幅下降的尺寸時(shí)，會(huì)發(fā)生什么？
如今，Northeastern University的研究人員在傳感技術(shù)方面取得了突破性發(fā)現(xiàn)，能夠探測(cè)到單個(gè)蛋白質(zhì)或單個(gè)癌細(xì)胞等微小物體，而無(wú)需額外縮小傳感器尺寸。他們的突破利用導(dǎo)引聲波和特殊物質(zhì)態(tài)，在極小參數(shù)內(nèi)實(shí)現(xiàn)高精度。
該裝置大小約為皮帶扣，開(kāi)啟了納米和量子尺度的感測(cè)可能性，影響從量子計(jì)算到精密醫(yī)療等各領(lǐng)域。
縮小相機(jī)
以前，科學(xué)家想用非常小的物體訓(xùn)練相機(jī)時(shí)，相機(jī)本身也必須縮小。然而，隨著攝像頭系統(tǒng)的縮小，這項(xiàng)技術(shù)面臨越來(lái)越大的障礙，Northeastern University電氣與計(jì)算機(jī)工程副教授克里斯蒂安·卡塞拉表示。
作為微機(jī)電技術(shù)的專(zhuān)家，卡塞拉表示，隨著相機(jī)傳感器像素尺寸減小，性能和靈敏度都會(huì)下降。那么，卡塞拉想知道，“你怎么可能在不減少像素尺寸的情況下，實(shí)現(xiàn)同等的像素尺寸縮�。俊�
雖然這在術(shù)語(yǔ)上看似矛盾，但這迫使卡塞拉跳出固有思維，最終聯(lián)系了合作者、Northeastern University電氣與計(jì)算機(jī)工程助理教授馬爾科·科蘭杰洛�？铺m杰洛、卡塞拉和電氣與計(jì)算機(jī)工程助理教授悉達(dá)爾塔·高什（Siddhartha Ghosh）也參與了該項(xiàng)目，他們共同使用Northeastern UniversityEXP大樓的實(shí)驗(yàn)室空間。
科蘭杰洛是凝聚態(tài)物理的專(zhuān)家，研究物質(zhì)在原子尺度上固體時(shí)的行為。
他們的發(fā)現(xiàn)依賴(lài)于凝聚態(tài)物理中稱(chēng)為拓?fù)浣缑鎽B(tài)的機(jī)制。這些狀態(tài)使研究人員能夠?qū)⒛芰烤珳?zhǔn)化到納米尺度區(qū)域，專(zhuān)注于非常狹窄、高度局部的區(qū)域，而不會(huì)像整個(gè)設(shè)備規(guī)�？s小那樣降低性能。一納米等于十億分之一米。
卡塞拉表示，由于其準(zhǔn)確性，潛在應(yīng)用范圍從量子計(jì)算延伸到精準(zhǔn)醫(yī)療。他稱(chēng)這是“一項(xiàng)開(kāi)創(chuàng)性研究，展示了一項(xiàng)全新的技術(shù)”，有望推動(dòng)科學(xué)和工程領(lǐng)域的進(jìn)步。
Ghosh表示，他們的方法意味著他們避免了傳統(tǒng)限制，試圖讓設(shè)備越來(lái)越小，而是用“一些巧妙的物理”來(lái)繞過(guò)這些限制。
感官革命
這項(xiàng)被稱(chēng)為拓?fù)鋵?dǎo)聲波傳感器的實(shí)驗(yàn)，是一次概念驗(yàn)證，探測(cè)到直徑為五微米的低功率紅外激光器。那大約是人類(lèi)頭發(fā)寬度的十分之一。
科蘭杰洛說(shuō)：“在這里，我們能夠區(qū)分極小的激發(fā)水平和非常局部的參數(shù)。”他的興奮主要源于這些設(shè)備開(kāi)辟的新型物理研究。他繼續(xù)說(shuō)：“關(guān)于這些裝置背后的物理機(jī)制有一些假說(shuō)尚未得到驗(yàn)證，但對(duì)這些物理的更深入理解也將有助于推動(dòng)實(shí)際應(yīng)用的發(fā)展。
高什對(duì)預(yù)測(cè)這項(xiàng)新技術(shù)的未來(lái)重要性持謹(jǐn)慎態(tài)度，但也認(rèn)為這是一個(gè)非常令人興奮的發(fā)現(xiàn)，為未來(lái)研究打開(kāi)了許多方向。
在將作品歸屬時(shí)，科蘭杰洛和卡塞拉都?xì)w功于對(duì)方�？铺m杰洛贊揚(yáng)卡塞拉領(lǐng)導(dǎo)該項(xiàng)目，而卡塞拉則迅速指出，該項(xiàng)目之所以能實(shí)現(xiàn)，是因?yàn)榭铺m杰洛獲得了一筆資助。
“我想，我們可能會(huì)在未來(lái)十年里一直致力于這項(xiàng)技術(shù)，”卡塞拉說(shuō)。
由Northeastern University提供
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