Ecco il tuo compito. Costruisci un minuscolo sensore che rileva una firma di lunghezze d'onda infrarosse (IR) caratteristiche di un tubo di scappamento caldo, un fuoco di legna, o forse anche un essere umano. Progetta il sensore in modo che possa rimanere inattivo e incustodito ma sempre all'erta, anche per anni, senza attingere alla carica della batteria. E costruisci il sensore in modo che l'atto di rilevamento stesso possa avviare l'emissione di un segnale che allerta i combattenti, vigili del fuoco, o altri che è stato rilevato un "segnale di interesse". È solo il tipo di intelligenza, ricognizione, e sorveglianza (ISR) che può aumentare la consapevolezza della situazione riducendo al minimo la necessità di missioni di manutenzione potenzialmente pericolose per sostituire le batterie scariche.

Online oggi sulla rivista Nanotecnologia della natura , un gruppo di ricerca presso la Northeastern University, guidato dal Professore Associato di Ingegneria Elettrica e Informatica Matteo Rinaldi, riferisce di aver portato a termine questo compito arduo del programma Near Zero Power RF and Sensor Operation (N-ZERO) della DARPA con un dispositivo che il team di Boston definisce "fotointerruttore micromeccanico potenziato dal plasmonica".

"La cosa veramente interessante della tecnologia dei sensori IR nordorientali è che, a differenza dei sensori convenzionali, consuma zero energia in stand-by quando le lunghezze d'onda IR da rilevare non sono presenti, " ha detto Troy Olsson, responsabile del programma N-ZERO presso l'ufficio tecnologia dei microsistemi di DARPA. "Quando quelle lunghezze d'onda IR sono presenti e incidono sul sensore IR della squadra nordorientale, l'energia della sorgente IR riscalda gli elementi sensibili che, a sua volta, provoca il movimento fisico dei componenti chiave del sensore. Questi movimenti provocano la chiusura meccanica di elementi a circuito altrimenti aperto, portando così a segnali che la firma IR del bersaglio è stata rilevata."

Il sensore è una vetrina di fisica e ingegneria intelligenti, inclusa una griglia di patch su nanoscala le cui dimensioni specifiche li limitano ad assorbire solo particolari lunghezze d'onda IR. "Le eccitazioni basate sulla carica, chiamati plasmoni (che possono essere pensati un po' come le increspature sulla superficie dell'acqua), sono altamente localizzati al di sotto dei cerotti su scala nanometrica e intrappolano efficacemente specifiche lunghezze d'onda della luce nella struttura ultrasottile, inducendo un picco relativamente grande e rapido della sua temperatura, "Spiega Rinaldi. Questi picchi di temperatura, a sua volta, portare a una sequenza di eventi a monte che culmina in deformazioni che completano il circuito di altre parti del sensore.

"La tecnologia presenta più elementi di rilevamento, ciascuno sintonizzato per assorbire una specifica lunghezza d'onda IR, " ha osservato Olsson. "Insieme, questi si combinano in circuiti logici complessi in grado di analizzare gli spettri IR, che apre la strada a questi sensori non solo per rilevare l'energia IR nell'ambiente ma per specificare se tale energia deriva da un incendio, veicolo, persona o qualche altra sorgente IR."

Considerare l'identificazione dei veicoli dalle loro emissioni IR. I motori che bruciano benzina o gasolio emettono composti specifici nei gas di scarico. Tra questi composti ci sono CO2, CO, H2O, vari ossidi di azoto e zolfo (NOx e SOx, rispettivamente), e idrocarburi come il metano. "Di conseguenza, gli spettri di emissione infrarossa dei gas di scarico riscaldati che escono da veicoli come camion, le auto o gli aerei possono da soli fungere da firma specifica per un tipo di veicolo, " ha spiegato Zhenyun Qian, che ha lavorato con Rinaldi e altri membri del team di ricerca sul programma N-ZERO.

Un obiettivo primario del programma N-ZERO è sviluppare tecnologie fondamentali che aprano la strada a sistemi di sensori nuovi e più capaci, rilevanti per la sicurezza nazionale. Il team NU sottolinea nel suo Nanotecnologia della natura carta che la stessa tecnologia potrebbe diventare importante nei prossimi anni man mano che l'Internet of Things si espande fino a includere centinaia di miliardi di dispositivi, che vanno dalle automobili, agli elettrodomestici, a sensori distribuiti a distanza. "La capacità di consumare energia solo quando sono presenti informazioni utili si tradurrà in una durata di funzionamento quasi illimitata per i sensori non presidiati impiegati per rilevare eventi poco frequenti ma critici in termini di tempo, con un impatto rivoluzionario sulla proliferazione dell'Internet of Things, "predicono i ricercatori del nordest nel loro articolo.