Прообраз совершенно фантастической вещицы построили недавно Йоэль Финк и члены его исследовательской группы фотонных волокон и устройств (Photonic Bandgap Fibers and Devices Group) Массачусетского технологического института. Они продемонстрировали на опыте, что плоский кусок ткани площадью 0,1 квадратных метра способен без всяких оптических приспособлений увидеть демонстрируемый ему предмет (изображение смайлика) и передать эту информацию на компьютер. Разумеется, секрет новинки — в необычных волокнах ткани, способных воспринимать свет и генерировать электрический сигнал. Но если бы учёные просто создали светочувствительные нити, из них получилась бы гибкая солнечная батарея, а никак не гибкая камера без линз. А значит, устройство волокон не такое уж и простое. Вот как их получали. Сначала исследователи создавали заготовку — прозрачный полимерный цилиндр диаметром 25 миллиметров. Цилиндр этот обладал слоёной структурой. Каждое волокно ткани на срезе – как слоёный пирог, в котором на площади в доли миллиметра соседствуют полимеры, полупроводники и металлы (фото Yoel Fink, Fabien Sorin/Photonic Bandgap Fibers and Devices Group/MIT).
Внутри него скрывались два концентрических кольца из фоточувствительных материалов (это были очень тонкие слои из полупроводникового стекла), разделённых изолятором. Кольца эти, в свою очередь, были дополнены металлическими проводниками, лежащими вдоль оси цилиндра. Одна из изюминок лаборатории Финка – пятиметровая башня, предназначенная для вытягивания волокон. Она оснащена кучей вспомогательного оборудования, в том числе – системой обратной связи на основе лазерных измерителей, позволяющих с высокой точностью контролировать толщину волокна в автоматическом режиме (фото Photonic Bandgap Fibers and Devices Group/MIT). Проводков таких было заложено по четыре на каждый слой, а всего — восемь. Между ними соответственно образовывались восемь датчиков света, вытянутых вдоль цилиндра и равномерно размещённых по его окружности. Затем заготовку нагревали и медленно, очень аккуратно вытягивали до тех пор, пока диаметр цилиндра не уменьшался до нескольких сотен микрометров (меньше миллиметра). Так получалось длинное волокно, из которого экспериментаторы и сплели кусочек своей чудо-ткани. Данный процесс вытягивания схож с тем, что применяют при создании обычных оптических волокон, но здесь необходимо было следить, чтобы в процессе растяжения сохранялось правильно положение фоточувствительных участков и сигнальных проводников. А это было непросто: отдельные элементы финальной системы уменьшались до размеров в 100 нанометров. К тому же учёным требовалось подобрать и для фотослоёв, и для проводников, и для прозрачного изолятора материалы, в достаточной мере размягчающиеся при одной и той же температуре, дабы при растяжении заготовки не нарушалась целостность конструкции. Поскольку оптические свойства полимера и толщина всех слоёв такой нити были точно известны, ток с внутренних светочувствительных "лент" позволил учёным определять энергию пойманных фотонов, а разница в уровне сигнала с внешних проводников, расположенных по окружности, говорила о направлении упавшего на ткань луча. Ещё одно волокно при большем увеличении. Как видно, схема размещения восьми сигнальных проводников варьировалась (кадр с электронного микроскопа) (фото Yoel Fink, Fabien Sorin/Photonic Bandgap Fibers and Devices Group/MIT). Но одно такое волокно ещё не могло работать камерой. Главный автор этого устройства, участник группы Финка Фабьен Сорен (Fabien Sorin), создал из 72 отрезков таких волокон сетку 36 х 36. Так и получилась собственно ткань-камера. Сотни проводков (протянутых от конца каждого волокна) были присоединены к усилителю и далее — к компьютеру, получившему оригинальную программу расшифровки сигналов, выдаваемых тканью. Для съёмки смайлика учёные использовали два раздельных источника монохромного света. Свет с определённой длиной волны порождал в ткани специфическую картину пространственного распределения электрических сигналов. А поскольку волокна образовывали решётку, программа могла по данным двух таких монохромных "кадров" реконструировать чёрно-белое изображение предмета, облик которого был запечатлён тканью.
|