Czująca elektronika, czyli spektroskopia w smartfonie

Spektroskopia NIR (near-infrared) znana jest już od kilkudziesięciu lat. Wykorzystuje się ją w wielu laboratoriach, a także w fabrykach. Mowa tu o technologiach związanych z tą dziedziną nauki, która polega na analizowaniu i interpretacji widm, uzyskanych w wyniku działania promieniowania na dany obiekt. Spektroskopia (N)IR jest jednym z rodzajów spektroskopii, w której wykorzystuje się światło podczerwone. Dzięki niej można ustalić grupy funkcyjne w danym, analizowanym związku. Innymi słowy, pozwala to nam poznać, z jakim rodzajem związku mamy do czynienia, a także jaki jest jego stan. Spektroskopia ta pozwala bowiem na analizę zarówno samej struktury cząstek badanego obiektu, a także oddziaływania jego związków z otoczeniem. Przypomina to unikalny (na poziomie molekularnym) odcisk palca, każdego obiektu. To widmo, jest unikalne dla każdego ze związków. Klasyczne aparaty badające różne obiekty to duże maszyny, zajmujące nie raz powierzchnię biurka czy szafy. Lecz teraz ma się to zmienić. Pewnej firmie i jej naukowcom oraz inżynierom udało się stworzyć kieszonkową wersję takiego urządzenia. Mowa tu o SCiO od Consumer Physics Inc. Nazwa ta ma oznaczać: „wiedzę, zrozumienie, dostrzeganie rzeczy”. SCiO jest niewielkim urządzeniem, które spokojnie mieści się w dłoni. Podstawowymi elementami urządzenia i technologii jest źródło światła podczerwonego oświetlającego badany obiekt oraz czułego sensora optycznego, będącego wysoce zintegrowanym układem spektroskometru. Zbiera on światło odbite od obiektu, a następnie rozbija je na składowe – widmo. To widmo zawierać ma w sobie informacje o tym, co badamy i w jakim jest stanie, gdyż to ono zawierać ma w sobie informacje o tym, jak poszczególne molekuły reagują na światło. Opisywane urządzenie jest przeznaczone na rynek konsumencki, w przeciwieństwie do dużych i drogich urządzeń, stosowanych w laboratoriach. Taki stopień miniaturyzacji udało się uzyskać dzięki nowoczesnej technologii sensorów optycznych, a także zastosowaniu wysoce zaawansowanych algorytmów przetwarzających sygnały. Lecz całe to przetwarzanie nie dzieje się w samym urządzeniu. Komunikuje się ono bezprzewodowo ze smartfonem i wykorzystując jego możliwości komunikacyjne, przekazuje dane poprzez specjalne oprogramowanie, do usług sieciowych pracujących w chmurze. To właśnie tam następuje analiza danych i przekazanie wyniku. Rozwiązanie to pozwala na oszczędności w mocy obliczeniowej zarówno urządzenia, jak i smartfona, a dodatkowo pozwoli na sprawniejszą aktualizację danych, dotyczących badanych substancji. To pozwoli w szybki i sprawny sposób uaktualniać bazę danych w czasie rzeczywistym. Cały proces analizy ma wykonywać się dzięki temu w przeciągu ułamku sekundy. Następnie dane wyjściowe, opisujące co użytkownik zbadał, przekazywane są do smartfona i tam prezentowane. Dedykowane oprogramowanie z kolei pozwoli na prezentację danych, a także ich akwizycję, co pozwoli na długoterminową analizę wybranych obiektów: tego jak zmieniają się jego właściwości w czasie. Jednak sensor ten docelowo ma nie być oddzielnym urządzeniem, a być wbudowany w inne przenośne urządzenia, jak właśnie smartfony. Co więcej, taki prototyp już powstał, z wykorzystaniem właśnie opisywanego miniaturowego spektroskometru: SCiO. Gotowy moduł spektroskometru ma wymiary zaledwie 4 na 8 na 4 mm. Smartfon ten został opracowany przez chińską firmę Sichuan Changhong Electric Co. Smartfon oznaczony jako Changhong H2 ma posiadać, oprócz wspomnianego czujnika, także min. 6-calowy wyświetlacz, a także procesor 8-rdzeniowy taktowany z częstotliwością 2 GHz. Jest to więc pełnoprawny smartfon, lecz wyróżnia go wbudowany SCiO. Jak podaje producent, dzięki temu niewielkiemu dodatkowi, będziemy w stanie analizować niemal wszystko co nas otacza. Smartfon będzie w stanie wyczuć, czy mleko lub mięso jest świeże, czy w danym produkcie jest alkohol, czy gdzieś nie ma szkodliwych substancji. Będzie w stanie także podać np. informacje o składzie poszczególnych produktów, jak np. skład leków. Wygląda więc na to, że przyszłość znana z filmów s-f, gdzie za pomocą urządzenia przypominającego smartfon można było wykryć skład różnych napotkanych substancji, wykryć truciznę, a także materiały wybuchowe, właśnie nastała.