Эта революционная работа может открыть новые возможности в телефоне, встроив в стекло слой за слоем датчики, в том числе те, которые могут измерять вашу температуру, оценивать уровень сахара в крови, если вы страдаете диабетом, или даже анализировать ДНК.Исследователи использовали свою новую технологию для создания двух полностью прозрачных систем — датчика температуры и новой системы для аутентификации смартфона с использованием инфракрасного света — в стекле, которое в настоящее время используется в большинстве смартфонов.По словам исследователей, помимо биомедицинских датчиков, эта технология также может в конечном итоге позволить встраивать вычислительные устройства в любую стеклянную поверхность, например окна или столешницы, создавая прозрачные сенсорные экраны, которые можно увидеть в таких фильмах, как «Аватар» и «Железный человек».
«Сейчас мы открываем ящик Пандоры», — говорит соавтор статьи Раман Кашьяп, профессор электротехники и инженерной физики Политехнического института Монреаля в Канаде. Теперь, когда эта техника жизнеспособна, «люди должны изобретать новые способы ее использования», — говорит он.
Чтобы создать свои прозрачные системы измерения температуры и аутентификации по телефону, исследователи обратились к фотонике. В то время как электронные устройства передают информацию через электроны, фотонные устройства используют свет. Исследователи использовали лазеры, чтобы вырезать в стекле прозрачные пути, называемые волноводами.
Эти волноводы действуют как туннели, пропускающие свет, аналогично тому, как электронные провода передают электрические сигналы, и образуют основу для множества приложений.Хотя раньше люди использовали лазеры для создания фотонных волноводов, это первый случай, когда кто-либо применил эту технику к стеклу Gorilla® Glass, прочному стеклу с высоким внутренним напряжением и низкой неоднородностью, разработанному Corning, которое теперь используется в миллиардах электронных устройств.По словам первого автора Джерома Лапойнта из Политехнического института Монреаля, этот новый фотонный волновод — лучшее, что когда-либо создавалось с использованием лазеров. Хотя ни один волновод не идеален — свет неизбежно будет просачиваться из-за дефектов — новые волноводы, созданные командой, в 10 раз лучше минимизируют такие потери, чем предыдущие, сделанные с помощью лазеров, говорит он.
А поскольку стекло Gorilla Glass имеет большее внутреннее напряжение и меньше неровностей, чем другие типы стекла, волноводы более гладкие и лучше предотвращают утечку света. Это также означает, что исследователи могут использовать сверхкороткие лазерные импульсы с меньшей энергией и высокой частотой повторения, что приводит к созданию более гладких и эффективных волноводов.Современные методы, такие как фотолитография, в которой используются светочувствительные химические вещества для травления или осаждения материала, очень хороши для минимизации потерь света, но лазерный метод команды дешевле и проще, говорит Лапойнт. Кроме того, фотолитография ограничивает волноводы до поверхности стекла.
Но использование лазеров позволяет исследователям создавать волноводы на любой глубине, что позволяет им создавать множество приложений, одно поверх другого, как слои в пироге. Размещение волноводов внутри самого стекла открывает путь для более компактных устройств, а это означает, что вы можете втиснуть в свой телефон больше приложений.Датчики температуры и безопасные транзакцииЧтобы продемонстрировать свою технику, исследователи построили датчик температуры стандартного типа, состоящий из прямого и изогнутого волновода.
Когда стекло нагревается, оно расширяется и изменяет длину пути волноводов. Измеряя, как свет, исходящий из одного волновода, интерферирует со светом из другого, устройство может измерять температуру — вашу или температуру всего, чего он касается.
Исследователи также разработали новый метод аутентификации смартфона на основе волноводов с отверстиями в разных местах. Свет, выходящий через эти отверстия, создает узор, уникальный для их расположения. Идея состоит в том, что каждый телефон будет иметь свой собственный уникальный образец, например отпечаток пальца, который затем может быть считан инфракрасным детектором для подтверждения личности телефона в качестве дополнительного уровня безопасности для проведения финансовых транзакций с использованием смартфонов.
Такие транзакции могут быть относительно безопасными, потому что вместо использования радиочастоты они используют инфракрасный свет, который блокируется большинством материалов и поэтому не может быть скопирован через карман или кошелек.И датчик температуры, и система аутентификации запатентованы, и команда надеется оптимизировать их для использования в потребительских устройствах.«Мы активно ищем партнеров для использования этой технологии», — говорит Кашьяп.
Он добавляет, что при целенаправленной разработке обе системы потенциально могут быть коммерчески интегрированы в смартфоны в течение года.