Machines die in realtime door objecten en in het menselijk lichaam kunnen kijken, bestaan al tientallen jaren. Maar vanwege hun omvang en kosten, worden ze meestal gevonden op luchthavens, waar ze worden gebruikt voor screening, of medische gebouwen, waar MRI-faciliteiten - bestaande uit meerdere kamers - meer dan $ 3 miljoen kunnen kosten.
Maar een samenwerking tussen wetenschappers van Sandia National Laboratories, Rice University en het Tokyo Institute of Technology is erop gericht om dit soort beeldvorming veel draagbaarder en betaalbaarder te maken - een verandering die grote implicaties kan hebben voor medische beeldvorming, passagiersonderzoek en zelfs voedselinspectie .
De techniek, gedetailleerd in het tijdschrift Nano Letters, maakt gebruik van terahertz-straling (ook wel submillimeter-golven genoemd, vanwege de grootte van hun golflengten), die valt tussen de kleinere golflengten die meestal worden gebruikt voor elektronica en de grotere golven die worden gebruikt voor optica. De golven worden uitgezonden door een zender, maar worden in tegenstelling tot grotere machines onderschept door een detector gemaakt van een dunne film van dicht opeengepakte koolstofnanobuizen, waardoor het beeldvormingsproces minder complex en omvangrijk wordt.
Enigszins vergelijkbare technologie wordt al gebruikt in grote schermapparatuur voor luchthavens. Maar volgens François Léonard van Sandia Lab, een van de auteurs van het artikel, gebruikt de nieuwe techniek nog kleinere golflengtes - tussen 300 gigahertz en 3 terahertz, in plaats van de standaard 30 tot 300 gigahertz-frequentie van millimetergolven.
De kleinere golflengtegrootte kan nuttig zijn voor veiligheidsdoeleinden, zegt Léonard: sommige explosieven die niet zo zichtbaar zijn in het millimeterbereik kunnen worden gezien met terahertz-technologie. Deze detectoren konden dus niet alleen snellere screening mogelijk maken, dankzij hun kleinere formaat, maar ze zouden ook beter geschikt kunnen zijn om potentiële terroristen te stoppen.
Het is een uitdaging voor mensen in de industrie om materialen te vinden die niet alleen de energie op zulke lage frequenties efficiënt kunnen absorberen, maar ze ook kunnen omzetten in een nuttig elektronisch signaal - daarom is de detectietechnologie de echte innovatie. Omdat koolstofnanobuizen (lange, dunne cilindrische tonen van koolstofmoleculen) uitblinken in het absorberen van elektromagnetisch licht, zijn onderzoekers al lang geïnteresseerd in hun gebruik als detectoren. Maar in het verleden, omdat terahertz-golven groot zijn in vergelijking met de grootte van de nanobuisjes, hebben ze een antenne nodig gehad, wat bijdraagt aan de grootte, kosten en stroomvereisten van een apparaat.
"[Vorige] nanobuisdetectoren gebruikten slechts één of enkele nanobuisjes", zegt Léonard. "Omdat nanobuizen zo klein zijn, moest de terahertz-straling naar de nanobuis worden geleid om de detectiviteit te verbeteren."
Nu hebben onderzoekers echter een manier gevonden om verschillende nanobuisjes samen te voegen in een dicht opeengepakte dunne film, waarbij beide metalen nanobuisjes, die de golven absorberen, en halfgeleidende nanobuisjes worden gecombineerd, die helpen de golven om te zetten in een bruikbaar signaal. Léonard zegt dat het heel moeilijk zou zijn om deze dichtheid te bereiken met andere typen detectoren.
Volgens de onderzoekers vereist deze techniek geen extra kracht om te werken. Het kan ook op kamertemperatuur werken - een grote overwinning voor bepaalde toepassingen, zoals MRI-machines, die moeten worden ondergedompeld in vloeibaar helium (met temperaturen rond 450 graden onder nul Fahrenheit) om beelden van hoge kwaliteit te bereiken.
Deze video geeft een kijkje achter de schermen van hoe de procedure eruit ziet:
Rice University-fysicus Junichiro Kono, een van de andere auteurs van het artikel, denkt dat de technologie ook kan worden gebruikt om beveiligingsonderzoeken van passagiers en vracht ook. Maar hij gelooft ook dat terahertz-technologie ooit omvangrijke, dure MRI-machines zou kunnen vervangen door een apparaat dat veel kleiner is.
"De potentiële verbeteringen in grootte, gemak, kosten en mobiliteit van een op terahertz gebaseerde detector zijn fenomenaal, " zei Kono in een verhaal over Rice University over het onderzoek. “Met deze technologie zou je een handheld terahertz-detectiecamera kunnen ontwerpen die tumoren in realtime met uiterste nauwkeurigheid afbeeldt. En het zou kunnen zonder het intimiderende karakter van MRI-technologie. "
Léonard zegt dat het te vroeg is om te weten wanneer hun detectoren hun weg zullen vinden van het laboratorium naar echte apparaten, maar hij zegt dat ze eerst kunnen worden gebruikt in draagbare apparaten om voedsel of andere materialen te inspecteren zonder ze te beschadigen of te storen. Op dit moment staat de techniek nog in de kinderschoenen, beperkt tot het lab. We zullen waarschijnlijk moeten wachten tot prototypes worden geproduceerd voordat we precies weten waar deze terahertz-detecors het beste zullen werken.
