I gechi e molti altri animali hanno teste troppo piccole per triangolare la posizione dei rumori come facciamo noi, con orecchie molto distanziate. Anziché, hanno un piccolo tunnel attraverso le loro teste che misura il modo in cui le onde sonore in arrivo rimbalzano per capire da quale direzione provengono.

Affrontando il proprio problema di minuscole dimensioni e triangolazione, i ricercatori della Stanford University hanno escogitato un sistema simile per rilevare l'angolo della luce in arrivo. Un tale sistema potrebbe consentire a minuscole telecamere di rilevare da dove proviene la luce, ma senza l'ingombro di un grande obiettivo.

"Creare un piccolo pixel sulla tua macchina fotografica che dica che la luce proviene da questa o quella direzione è difficile perché, idealmente, i pixel sono molto piccoli – oggigiorno circa 1/100 di capello, " ha detto Mark Brongersma, professore di scienza e ingegneria dei materiali che è autore senior di un articolo su questo sistema, pubblicato il 29 ottobre in Nanotecnologia della natura . "Quindi è come avere due occhi molto vicini e cercare di incrociarli per vedere da dove proviene la luce".

Questi ricercatori stanno lavorando su minuscoli rivelatori che potrebbero registrare molte caratteristiche della luce, compreso il colore, polarità e, Ora, angolo di luce. Per quanto ne sanno, il sistema che hanno descritto in questo documento è il primo a dimostrare che è possibile determinare l'angolo di luce con una configurazione così piccola.

"Il modo tipico per determinare la direzione della luce è usare un obiettivo. Ma quelli sono grandi e non ci sono meccanismi comparabili quando si rimpicciolisce un dispositivo, quindi è più piccolo della maggior parte dei batteri, " ha detto Shanhui Fan, professore di ingegneria elettrica, che è coautore del documento.

Il rilevamento della luce più dettagliato potrebbe supportare i progressi nelle fotocamere senza obiettivo, realtà aumentata e visione robotica, che è importante per le auto autonome.

Dagli atomi ai gechi

Se un suono non proviene direttamente dalla parte superiore del geco, un timpano essenzialmente ruba parte dell'energia delle onde sonore che altrimenti passerebbe all'altro. Questa inferenza aiuta il geco - e circa 15, 000 altre specie animali con un tunnel simile:capisci da dove proviene un suono.

I ricercatori imitano questa struttura nel loro fotorivelatore avendo due nanofili di silicio - ciascuno di circa 100 nanometri di diametro o circa 1/1000 della larghezza di un capello - allineati uno accanto all'altro, come i timpani del geco. Sono posizionati così vicini che, quando un'onda luminosa entra in un angolo, il filo più vicino alla sorgente luminosa interferisce con le onde che colpiscono il suo vicino, praticamente gettando un'ombra. Il primo filo per rilevare la luce invierebbe quindi la corrente più forte. Confrontando la corrente in entrambi i fili, i ricercatori possono mappare l'angolo delle onde luminose in arrivo.

I gechi non sono stati l'ispirazione per la costruzione iniziale di questo sistema. Soongyu Yi, uno studente laureato in ingegneria elettrica e informatica presso l'Università del Wisconsin-Madison, autore principale dell'articolo, è venuta fuori la somiglianza tra il loro disegno e le orecchie dei gechi dopo che il lavoro era già iniziato. Erano tutti sorpresi dal profondo livello di somiglianza. Come risulta, la stessa matematica che spiega sia le orecchie di geco che questo fotorilevatore descrive anche un fenomeno di interferenza tra atomi strettamente disposti.

"Dal lato della teoria, in realtà è molto interessante vedere molti dei concetti di interferenza di base che arrivano fino alla meccanica quantistica mostrarsi in un dispositivo che può essere utilizzato praticamente, " ha detto Fan.

Un impegno a lungo termine

Questo progetto è iniziato quando uno dei coautori del documento, Zongfu Yu, era uno studente del Fan lab e ha preso l'iniziativa di combinare il suo lavoro con la ricerca di Brongersma e del suo laboratorio. Hanno fatto progressi ma hanno dovuto sospendere il lavoro mentre Yu ha fatto domanda per le posizioni di facoltà e, successivamente, ha stabilito il suo laboratorio presso l'Università del Wisconsin-Madison, dove ora è assistente professore di ingegneria elettrica e informatica e nel cui laboratorio lavora Soongyu Yi.

Molti anni dopo, e dopo aver pubblicato l'attuale proof of concept, i ricercatori hanno detto che non vedono l'ora di costruire sui loro risultati. I prossimi passi includono decidere cos'altro potrebbero voler misurare dalla luce e mettere diversi nanofili fianco a fianco per vedere se possono costruire un intero sistema di imaging che registra tutti i dettagli a cui sono interessati contemporaneamente.

"Ci abbiamo lavorato per molto tempo - Zongfu ha avuto un'intera storia di vita tra l'inizio e la fine di questo progetto! Dimostra che non abbiamo compromesso la qualità, " Brongersma ha detto. "Ed è divertente pensare che potremmo essere qui per altri 20 anni a capire tutte le potenzialità di questo sistema".