سوسک چینی برتر از گنبد آهنین آمریکایی

عصر ایران؛ مجله تصویری سلاح - پس از سال ها پژوهش در حوزه حسگرهای فروسرخ پیشرفته، گروهی از محققان چینی موفق به ساخت دستگاهی شده اند که می تواند پایه گذار یک شبکه نظارتی فوق العاده قدرتمند باشد. این شبکه حتی از سیستم دفاع موشکی پیشنهادی آمریکا، معروف به «گنبد طلایی»، هم کارآمدتر عمل خواهد کرد.

فناوری جدید چین که قادر است با سرعتی 20 هزار برابر سریع تر از فناوری های معمول عمل کند، الهام گرفته از طبیعت است: دقیق ترین شکارچی گرما در دنیای حشرات، یعنی سوسک آتش (Fire beetle).

اهمیت چشم های فروسرخ در دنیای امروز

فناوری حسگر فروسرخ نقشی حیاتی در شناسایی اشیاء در محیط های چالش برانگیز دارد، جاهایی که دود، مه یا گرد و غبار دید را مختل می کنند. این حسگرها با نفوذ به این موانع، تصاویر واضح و تشخیص دقیق را فراهم می کنند و به همین دلیل در کاربردهای نظامی و صنعتی از اهمیت بالایی برخوردارند.

جالب است بدانید که سیستم های بیولوژیکی نیز می توانند حرکت را در محیط های پیچیده با حداقل پردازش درک کنند، و همین موضوع الهام بخش طراحی های نوین برای دستگاه های اپتوالکترونیک شده است.

به عنوان نمونه، سوسک آتش روی سینه خود اندامی حفره ای شکل دارد که به آن امکان می دهد تشعشعات فروسرخ ضعیف ناشی از آتش سوزی های جنگلی را از صدها کیلومتر دورتر و حتی در حین پرواز با سرعت بالا تشخیص دهد. این دقت، حساسیت بیشتر آشکارسازهای فروسرخ تجاری را پشت سر می گذارد.

این اندام خاص برای تولیدمثل تکامل یافته است؛ گرمای باقی مانده از آتش سوزی های طبیعی شرایط لازم را برای بیرون آمدن لاروها از تخم هایشان فراهم می کند و پس از آن، لاروها از پوست درختان سوخته تغذیه می کنند.

جهش های علمی محققان چینی

پروفسور هو وایدونگ و میائو جين شویی به همراه تیم خود از مؤسسه فیزیک فنی شانگهای وابسته به آکادمی علوم چین، با همکاری محققان دانشگاه تونگجی، با الهام از این مکانیسم بیولوژیکی، یک دستگاه حسگر فروسرخ با کارایی بالا را توسعه داده اند. این دستگاه قادر به تشخیص، ثبت و شناسایی بی درنگ اهداف متحرک فروسرخ است.

یافته های چشمگیر آنها در ماه ژوئن در مجله معتبر Nature Communications و در ماه فوریه در Light: Science & Applications منتشر شد.

این تیم ابتدا یک ترانزیستور بر پایه ترکیبی از دی سلنید پالادیوم (PdSe₂) و پنتاسن ساختند تا یک ساختار ناهمگون ایجاد کنند. دی سلنید پالادیوم که یک ماده دوبعدی است، جذب بالایی در محدوده فروسرخ میانی فراهم می کند، در حالی که پنتاسن، یک نیمه رسانای آلی، عملکرد سیستم های بیولوژیکی را شبیه سازی می کند.

این دستگاه در طیف فروسرخ میانی 3 تا 4.25 میکرومتر کار می کند و می تواند حتی با شدت نور بسیار کم 0.5 میلی وات بر سانتی متر مربع نیز عمل کند، که این میزان به آستانه حساسیت فیزیولوژیکی سوسک های آتش بسیار نزدیک است.

با استفاده از این ترانزیستور، تیم یک چارچوب محاسبات مخزنی (RC) طراحی کرد. با ادغام یک آرایه دستگاهی 4×4، آنها توانستند جهت حرکت شعله را با دقت تقریباً 95 درصد شناسایی کنند.

در سناریوهای شبیه سازی شده آتش سوزی با دماهایی تا 927 درجه سانتیگراد، این دستگاه پاسخ های پایدار و توانایی حفظ مسیرهای تشعشعات حرارتی را نشان داد که پتانسیل بالای آن را برای سیستم های هشدار آتش سوزی جنگل، ناوبری دید در شب و نظارت صنعتی تأیید می کند.

در مطالعه دوم، این تیم ساختاری ناهمگون از فسفر سیاه/سلنید ایندیم (BP/InSe) توسعه دادند که قادر به دستیابی به حافظه فوتونی تنها در 0.5 میکروثانیه است - یعنی ۲۰ هزار برابر سریع تر از ذخیره سازی نوری معمولی.

هنگام آزمایش با اهداف فروسرخ شبیه سازی شده، این سیستم 17 نقطه ویژگی متمایز را ثبت کرد، در حالی که دستگاه های سنتی تنها می توانستند یک نقطه تار را ثبت کنند.

کاربردها و رقابت با «گنبد طلایی» آمریکا

به گفته محققان، این فناوری ها برای نظارت محیطی، پایش نظامی، رانندگی خودران و دید در شب بسیار مناسب خواهند بود.

اگرچه مثال های مشخصی ارائه نشد، اما تصور کنید اگر دستگاه هایی مجهز به این فناوری ها در دسته های پهپاد یا منظومه های ماهواره ای مستقر شوند، می توانند یک شبکه گسترده نظارت فروسرخ را تشکیل دهند.

تراشه های الهام گرفته از سوسک آتش می توانند در سیستم دفاع هوایی کوتاه برد HQ-17AE ادغام شوند تا موشک ها را در طوفان های شن یا شرایط شبانه رهگیری کنند، در حالی که تراشه های توسعه یافته با فسفر سیاه/سلنید ایندیم می توانند دفاع لیزری دریایی را تقویت کنند، مانند کنترل آتش برای ریل گان های الکترومغناطیسی بر روی یک ناو هواپیمابر چینی.

در ماه مه، دونالد ترامپ، رئیس جمهور آمریکا، از «گنبد طلایی»، یک سیستم دفاع موشکی فضایی چند میلیارد دلاری، رونمایی کرد. این سپر نسل بعدی قرار است شامل یک شبکه جهانی از ماهواره های هشدار زودهنگام فروسرخ مجهز به حسگرها و رهگیرهایی باشد که برای تشخیص و انهدام تهدیدات موشکی مختلف و فناوری های پنهان کار رادارگریز قبل یا در طول پرواز طراحی شده اند.

با این حال، طبق مطالعات جدید، سیستم گنبد طلایی بر اساس حسگرهای سنتی سیلیکونی سیماس (نیمه رسانای اکسید-فلز مکمل) خواهد بود که نمی توانند سرعت پاسخ، دقت موقعیت یابی و حساسیت دستگاه هایی را که با فناوری چینی قابل ساخت هستند، فراهم کنند.

محققان می گویند یافته های هر دو مطالعه می تواند محدودیت های ناشی از جداسازی سنتی سخت افزاری حسگرها و پردازنده ها را از بین ببرد و تأخیر داده ها و مصرف انرژی را به طور قابل توجهی کاهش دهد.

آنها تأکید کردند: "با ادغام عملکردهای حسگری، حافظه و پردازش، سیستم پیشنهادی به طور قابل توجهی تأخیرهای انتقال داده را کاهش داده و کارایی پردازش حرکت را افزایش داده است."

افزون بر این، این دستگاه ها دارای عملکرد با ولتاژ پایین، قابلیت کار در دمای اتاق و تولید آرایه ای مقیاس پذیر هستند - ویژگی هایی که آنها را برای کاربردهای محاسبات لبه ای در پهپادها، وسایل نقلیه خودران و سنجش از دور ماهواره ای ایده آل می کند.

عملیات نجات سگ گرفتار در قیر داغ پس از واژگونی کامیون (فیلم)

بیشتر بخوانید:

سامانه موشکی اچ کیو-29؛ شکارچی چینی موشک بالستیک و ماهواره(+فیلم و عکس)

تماشاخانه

دو دقیقه «خشونت واقعی و بی‌رحم» در سینمای گانگستری (تماشا کنید)

بحرین چگونه از ایران جدا شد ؟ نزدیک به ۲۰۰ سال کشمکش ؛ از مرگ کریم‌خان زند تا مصاحبه عجیب شاه / وقتی شاه نگران جزایر سه‌گانه بود (فیلم)

فیلم های دیگر