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- 傳感器利用聲波在最小尺度上探測物體
- 來源：Noah Lloyd, Northeastern University 發(fā)表于 2025/12/16
每臺相機的核心都有一個傳感器，無論是一組光感應(yīng)像素，還是一條35毫米膠片帶。但如果你想拍出一個非常小的物體，以至于傳感器本身不得不收縮到導(dǎo)致傳感器性能大幅下降的尺寸時，會發(fā)生什么？
如今，Northeastern University的研究人員在傳感技術(shù)方面取得了突破性發(fā)現(xiàn)，能夠探測到單個蛋白質(zhì)或單個癌細胞等微小物體，而無需額外縮小傳感器尺寸。他們的突破利用導(dǎo)引聲波和特殊物質(zhì)態(tài)，在極小參數(shù)內(nèi)實現(xiàn)高精度。
該裝置大小約為皮帶扣，開啟了納米和量子尺度的感測可能性，影響從量子計算到精密醫(yī)療等各領(lǐng)域。
縮小相機
以前，科學(xué)家想用非常小的物體訓(xùn)練相機時，相機本身也必須縮小。然而，隨著攝像頭系統(tǒng)的縮小，這項技術(shù)面臨越來越大的障礙，Northeastern University電氣與計算機工程副教授克里斯蒂安·卡塞拉表示。
作為微機電技術(shù)的專家，卡塞拉表示，隨著相機傳感器像素尺寸減小，性能和靈敏度都會下降。那么，卡塞拉想知道，“你怎么可能在不減少像素尺寸的情況下，實現(xiàn)同等的像素尺寸縮��？”
雖然這在術(shù)語上看似矛盾，但這迫使卡塞拉跳出固有思維，最終聯(lián)系了合作者、Northeastern University電氣與計算機工程助理教授馬爾科·科蘭杰洛�？铺m杰洛、卡塞拉和電氣與計算機工程助理教授悉達爾塔·高什（Siddhartha Ghosh）也參與了該項目，他們共同使用Northeastern UniversityEXP大樓的實驗室空間。
科蘭杰洛是凝聚態(tài)物理的專家，研究物質(zhì)在原子尺度上固體時的行為。
他們的發(fā)現(xiàn)依賴于凝聚態(tài)物理中稱為拓撲界面態(tài)的機制。這些狀態(tài)使研究人員能夠?qū)⒛芰烤珳驶郊{米尺度區(qū)域，專注于非常狹窄、高度局部的區(qū)域，而不會像整個設(shè)備規(guī)�？s小那樣降低性能。一納米等于十億分之一米。
卡塞拉表示，由于其準確性，潛在應(yīng)用范圍從量子計算延伸到精準醫(yī)療。他稱這是“一項開創(chuàng)性研究，展示了一項全新的技術(shù)”，有望推動科學(xué)和工程領(lǐng)域的進步。
Ghosh表示，他們的方法意味著他們避免了傳統(tǒng)限制，試圖讓設(shè)備越來越小，而是用“一些巧妙的物理”來繞過這些限制。
感官革命
這項被稱為拓撲導(dǎo)聲波傳感器的實驗，是一次概念驗證，探測到直徑為五微米的低功率紅外激光器。那大約是人類頭發(fā)寬度的十分之一。
科蘭杰洛說：“在這里，我們能夠區(qū)分極小的激發(fā)水平和非常局部的參數(shù)�！彼呐d奮主要源于這些設(shè)備開辟的新型物理研究。他繼續(xù)說：“關(guān)于這些裝置背后的物理機制有一些假說尚未得到驗證，但對這些物理的更深入理解也將有助于推動實際應(yīng)用的發(fā)展。
高什對預(yù)測這項新技術(shù)的未來重要性持謹慎態(tài)度，但也認為這是一個非常令人興奮的發(fā)現(xiàn)，為未來研究打開了許多方向。
在將作品歸屬時，科蘭杰洛和卡塞拉都歸功于對方�？铺m杰洛贊揚卡塞拉領(lǐng)導(dǎo)該項目，而卡塞拉則迅速指出，該項目之所以能實現(xiàn)，是因為科蘭杰洛獲得了一筆資助。
“我想，我們可能會在未來十年里一直致力于這項技術(shù)，”卡塞拉說。
由Northeastern University提供
本報道由 news.northeastern.edu 轉(zhuǎn)載。
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