Czy da się widzieć podczerwień? Rewolucyjny wynalazek naukowców z Chin

Naukowcy z Chin opracowali soczewki kontaktowe, które zamieniają podczerwień w światło widzialne. Wykorzystali w tym celu nanocząstki, które nie potrzebują zasilania. Przezroczyste soczewki pozwalają oglądać świat także w normalnym oświetleniu.

– Nasze badania otwierają możliwości stworzenia nieinwazyjnych, noszonych na ciele urządzeń, które mogłyby dać ludziom niedostępny zwykłemu człowiekowi wzrok – mówi główny autor wynalazku Tian Xue z University of Science and Technology of China.

– Opracowany przez nas materiał już teraz ma wiele potencjalnych zastosowań. Na przykład migoczące światło podczerwone mogłoby służyć do przesyłania informacji w systemach bezpieczeństwa, ratownictwa, szyfrowania lub w celu zapobiegania fałszerstwom – dodaje.

Do stworzenia soczewek wykorzystano nanocząstki, które pochłaniają światło podczerwone i przekształcają je fale widzialne dla oczu ssaków – czyli od 400 do 700 nm. Cząstki te umożliwiają wykrywanie tzw. bliskiej podczerwieni, czyli światła podczerwonego w zakresie fal 800-1600 nm – tuż poza granicą widzialności dla człowieka.

Czy można zobaczyć podczerwień? Naukowcy stworzyli pierwsze takie soczewki

Wcześniej badacze wykazali, że użyte nanocząstki pozwalają myszom widzieć w podczerwieni po wstrzyknięciu ich do siatkówki, jednak ostatecznym celem było opracowanie mniej inwazyjnego rozwiązania.

Nanocząstki badacze umieścili w elastycznym, przezroczystym polimerze, jakiego używa się przy produkcji tradycyjnych szkieł kontaktowych. Wynalazek przetestowano najpierw na myszach, a potem u ludzi.

Myszy noszące soczewki wykazywały zachowania sugerujące, że potrafią widzieć fale podczerwone. Na przykład, gdy mogły wybrać między ciemnym pudełkiem zwykłym a pudełkiem oświetlonym światłem podczerwonym, zwierzęta z soczewkami wybierały ciemne pudełko, podczas gdy myszy bez soczewek nie wykazywały żadnych preferencji.

Zaobserwowano również fizjologiczne oznaki widzenia w podczerwieni: źrenice myszy z soczewkami zwężały się w obecności światła podczerwonego, a obrazowanie mózgu wykazało, że światło podczerwone aktywowało ich ośrodki wzrokowe.

W przypadku ludzi soczewki umożliwiły uczestnikom precyzyjne wykrywanie migających sygnałów przypominających alfabet Morse’a oraz rozpoznawanie kierunku, z którego nadchodziło światło podczerwone. – To całkowicie jednoznaczny wynik: bez soczewek badana osoba nie widzi nic, ale gdy je założy, wyraźnie dostrzega migotanie światła podczerwonego – mówi prof. Xue.

– Odkryliśmy też, że gdy osoba zamyka oczy, jeszcze lepiej odbiera migające sygnały, ponieważ bliska podczerwień skuteczniej przenika przez powiekę, niż światło widzialne, co zmniejsza zakłócenia – podkreśla ekspert.

Dodatkowa modyfikacja soczewek pozwoliła ochotnikom dostrzegać różne zakresy widma podczerwieni. W tym przypadku naukowcy zastosowali nanocząstki, które kodują różne długości fal podczerwonych za pomocą kolorów. Na przykład fale o długości 980 nm były przekształcane w światło niebieskie, 808 nm – w zielone, a 1532 nm – w czerwone.

Przełomowe odkrycie badaczy. „Uczynić niewidzialne widzialnym”

Zdaniem badaczy wykorzystane cząstki mogłyby jeszcze zostać zmodyfikowane tak, aby pomóc osobom z zaburzeniami widzenia barw dostrzegać długości fale, których normalnie nie widzą. – Przekształcając czerwone światło widzialne w coś w rodzaju zielonego światła, technologia ta dla osób z zaburzeniami widzenia barw mogłaby uczynić niewidzialne widzialnym – mówi prof. Xue.

Soczewki mają pewne ograniczenia – jedno z nich dotyczy zdolności rejestrowania drobnych szczegółów, co wynika z bliskiego położenia względem siatkówki i związanego z tym rozpraszania przekształconych fal. Dlatego badacze opracowali również podobnie działające okulary pozwalające na uzyskiwanie obrazów w większej rozdzielczości.

Obecnie soczewki są w stanie wykrywać tylko promieniowanie podczerwone emitowane przez diody, jednak badacze pracują nad zwiększeniem ich czułości. – W przyszłości, współpracując z naukowcami zajmującymi się materiałami oraz z ekspertami w dziedzinie optyki, mamy nadzieję stworzyć soczewkę kontaktową o wyższej rozdzielczości przestrzennej i większej czułości – mówi prof. Xue.