Sơ đồ mô phỏng chip chụp ảnh quang phổ Yuheng của nhóm nghiên cứu Đại học Thanh Hoa. Ảnh: Đại học Thanh Hoa
Một nhóm nhà nghiên cứu đến từ Đại học Thanh Hoa, Trung Quốc, phát triển chip quang học cực nhỏ tên Yuheng (còn gọi là Rafael), có thể phân tích ánh sáng theo thời gian thực với độ chính xác mà trước đây chỉ có thể đạt được với thiết bị lớn và phức tạp trong phòng thí nghiệm. Chip này cung cấp độ nét cao hơn 100 lần so với thiết bị chụp ảnh thông thường và có khả năng phân biệt màu sắc chỉ cách nhau chưa đến 1/10 nanomet. Theo nghiên cứu công bố hôm 15/10 trên tạp chí Nature, phương pháp quang phổ chụp ảnh hiệu suất cao có thể thúc đẩy tiến bộ trong các lĩnh vực từ khoa học vật liệu đến vật lý thiên văn.
Sự ra đời của chip Yuheng có thể đẩy nhanh đáng kể tốc độ lập bản đồ dải Ngân Hà, giúp hoàn thành nhiệm vụ trong chưa đầy một thập kỷ thay vì 1.000 năm. Con chip là kết quả từ việc giải quyết hạn chế lâu nay ở thiết bị quang học. Thông thường, thiết bị chụp ảnh phân tách ánh sáng đến thành các màu sắc cầu vồng để phân tích. Quá trình phân tách màu sắc càng sắc nét, ánh sáng càng mất nhiều, thiết bị càng trở nên to lớn và cồng kềnh. Việc đánh đổi giữa độ phân giải và hiệu suất khiến sản xuất thiết bị nhỏ gọn với độ chính xác cao gần như bất khả thi.
Thay vì phân tách ánh sáng, chip Yuheng hoạt động theo phương pháp khác, cho phép tất cả ánh sáng đi qua cùng lúc, mã hóa thông qua mô hình độc đáo bên trong thiết bị. Những kiểu nhiễu ngẫu nhiên cực nhỏ kết hợp với tinh thể niobate lithium uốn cong ánh sáng khi có điện áp, giúp chip thu thập chi tiết thông tin màu sắc. Sau đó, sử dụng thuật toán máy tính tiên tiến, chip Yuheng giải mã ánh sáng và lập tức tái tạo toàn bộ quang phổ màu sắc.
Kết quả là chip Yuheng có khả năng truyền 73% ánh sáng và chụp 88 khung hình/giây, đạt độ phân giải màu sắc cực cao mà không mất độ sáng hoặc tốc độ. Đặc biệt, con chip chụp được quang phổ của 5.600 ngôi sao trong một lần chụp, cho thấy hiệu suất quan sát cải thiện hơn 100 lần so với những máy quang phổ thiên văn hàng đầu thế giới.
Yuheng đánh dấu bước tiến lớn hướng tới phân tích quang học chính xác và tốc độ cao trên thiết bị nhỏ gọn, thực tế, mở ra nhiều ứng dụng tiềm năng. Ví dụ, trong y học, con chip có thể phân tích mô không xâm lấn để phát hiện các vấn đề sức khỏe. Máy bay không người lái có thể sử dụng nó để giám sát chất lượng đất hoặc phát hiện chất gây ô nhiễm. Ôtô tự lái trang bị chip này có thể phân biệt bề mặt đường, biển báo và chướng ngại vật chính xác hơn, ngay cả trong điều kiện ánh sáng kém.
Trong lĩnh vực thiên văn, nhóm nghiên cứu lên kế hoạch thử nghiệm Yuheng trên kính viễn vọng Gran Telescopio Canarias ở Tây Ban Nha, kính viễn vọng quang học khẩu độ đơn lớn nhất thế giới, để khám phá các ngôi sao, thiên hà, vật chất tối và hố đen hiệu quả hơn hẳn trước đây. Tuy nhiên, công nghệ này vẫn đang trong giai đoạn đầu phát triển, các nhà nghiên cứu đang làm việc để cải thiện độ ổn định và khả năng tích hợp của chip.
An Khang (Theo Interesting Engineering, Nature)