Uno de los principales desafíos para los vehículos autónomos es garantizar que puedan detectar y sentir objetos, incluso a través de una densa niebla. En comparación con las cámaras de luz visible actuales, las cámaras infrarrojas pueden ofrecer una visibilidad mucho mejor a través de la niebla, el humo opartículas diminutas que pueden dispersar la luz visible.
Dentro del aire, la luz infrarroja, dentro de un rango específico llamado infrarrojo de onda media, se dispersa mucho menos en comparación con otras ondas de luz visible u otras ondas de luz infrarroja. Las cámaras infrarrojas también pueden ver con mayor eficacia en la oscuridad, cuando no hay luz visibleSin embargo, actualmente el despliegue de cámaras infrarrojas está limitado por su elevado costo y la escasez de materiales eficaces. Aquí es donde los materiales, que poseen propiedades ópticas únicas en el infrarrojo y pueden ser escalables, podrían marcar la diferencia para proporcionar una mejor identificación de objetos envarias tecnologías, incluidos los vehículos autónomos.
Un nuevo material desarrollado por científicos de la Escuela de Ingeniería de USC Viterbi y la Universidad de Wisconsin junto con investigadores de los Laboratorios de Investigación de la Fuerza Aérea, la Universidad de Missouri y JA Woollam Co.Inc., Podría ser prometedor para aplicaciones de detección infrarroja como autónomas.vehículos, servicios de emergencia e incluso fabricación.
El grupo de investigación de Jayakanth Ravichandran, profesor asistente de ciencias de los materiales en la Escuela de Ingeniería de Viterbi de la USC, ha estado estudiando una nueva clase de materiales llamados perovskitas de calcogenuro. Entre estos materiales se encuentra el sulfuro de bario y titanio BTS, un material redescubierto y preparadoen forma de cristal grande por Shanyuan Niu, un candidato a doctorado en el programa de Ciencia de Materiales en el Departamento de Ingeniería Química y Ciencia de Materiales de la Familia Mork de la USC. El grupo de investigación de Ravichandran colaboró con los grupos de investigación de Mikhail Kats, profesor asistente de ingeniería eléctrica e informática enUniversidad de Wisconsin-Madison y Han Wang, profesor asistente de ingeniería eléctrica y electrofísica en el Departamento de Ingeniería Eléctrica Ming Hsieh de la USC para estudiar cómo la luz infrarroja interactúa con este material. Estos investigadores descubrieron que este material interactuaba de manera diferente con la luz en dos direcciones diferentes.
"Este es un avance significativo, que puede afectar a muchas aplicaciones de infrarrojos", dice Ravichandran.
Esta interacción dependiente de la dirección con la luz se caracteriza por una propiedad óptica llamada birrefringencia. En términos simples, la birrefringencia se puede ver como la luz que se mueve a diferentes velocidades en dos direcciones en un material. Al igual que las gafas de sol con lentes polarizadas bloquean el deslumbramiento, BTS tiene lacapacidad para bloquear o ralentizar la luz dependiendo de la dirección en la que viaja en el material. Los investigadores sostienen que su material, el sulfuro de bario y titanio, tiene la birrefringencia más alta entre los cristales conocidos.
"La birrefringencia es mayor que la de cualquier material sólido conocido y tiene bajas pérdidas en el importante espectro infrarrojo de onda larga", dice Kats.
Cómo BTS podría mejorar la visión infrarroja :
El material BTS se puede usar para construir un sensor para filtrar ciertas polarizaciones de luz para lograr un mejor contraste de la imagen. También podría ayudar a filtrar la luz proveniente de diferentes direcciones para permitir la detección de las características de un objeto remoto. Esto podría ser particularmenteimportante para mejorar la visión infrarroja utilizada en vehículos autónomos, que necesitan ver todo el paisaje a su alrededor incluso en condiciones de baja visibilidad.
"La esperanza es que en el futuro, un sensor mejorado con BTS en un automóvil funcione como lo hacen las retinas en el cuerpo humano", dice Niu.
Los autores creen que estos materiales sensibles al infrarrojo pueden extender la percepción humana. Más allá de los vehículos autónomos, existen otras posibles aplicaciones de detección de calor o medición de temperatura. Una aplicación podría ser la creación de herramientas de imágenes utilizadas por los bomberos para generar un mapa instantáneo de temperatura en el exterior.un edificio en llamas para evaluar dónde se está propagando un incendio y dónde los servicios de emergencia deben rescatar a las personas atrapadas.
En la actualidad, el costo del equipo de infrarrojos hace que sea demasiado caro para todas las estaciones de bomberos tener dicho equipo. El BTS, que está hecho de elementos que abundan fácilmente en la corteza terrestre, podría hacer que el equipo de infrarrojos sea más asequible y efectivo.Los materiales son más seguros para el usuario y el medio ambiente, así como más fáciles de desechar que los materiales que se utilizan ahora, que contienen elementos peligrosos como mercurio y cadmio.
Estos materiales también podrían ser útiles en dispositivos que detectan moléculas dañinas, gases e incluso sistemas biológicos. Las aplicaciones van desde detección de calor, monitoreo de contaminación hasta medicamentos.
"Hasta la fecha, la restricción de los materiales de IR medio existentes es un gran cuello de botella para traducir muchas de estas tecnologías", dice Wang de la USC.
Los investigadores esperan que la intensa investigación en esta área haga realidad varias de estas tecnologías en un futuro próximo.
La investigación sobre BTS está documentada en "Anisotropía óptica gigante en un cristal cuasi-1D" presentado en Fotónica de la naturaleza .
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por Universidad del Sur de California . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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