تصور کنید در تاریکی مطلق بتوانید اشیا، الگوها و حتی پیام‌های مخفی را ببینید، آن هم بدون نیاز به عینک‌های سنگین شب‌بین یا دستگاه‌های پیچیده. این رویا اکنون به واقعیت نزدیک‌تر شده است. گروهی از محققان دانشگاه علم و فناوری چین در هفی، به سرپرستی یوکیان ما، لنزهای تماسی نوآورانه‌ای را توسعه داده‌اند که با تبدیل نور مادون قرمز به نور مرئی، به انسان‌ها امکان دید در تاریکی می‌دهند. این فناوری، که گویی از داستانهای علمی-تخیلی بیرون آمده، می‌تواند کاربردهای گسترده‌ای از امنیت و نجات گرفته تا پزشکی و حتی کمک به افراد مبتلا به کوررنگی داشته باشد.
چشم انسان تنها قادر به دیدن نور در محدوده ۴۰۰ تا ۷۰۰ نانومتر است، اما نور مادون قرمز، با طول موج‌های طولانی‌تر (۷۵۰ نانومتر تا یک میلی‌متر)، برای ما نامرئی است. تا پیش از این، دیدن این طیف تنها با دستگاه‌های شب‌بین حجیم و وابسته به منبع انرژی ممکن بود. اما لنزهای تماسی جدید، با استفاده از نانوذرات آپ‌کانورژن، این محدودیت را پشت سر گذاشته‌اند.
لنز تماسی مادون قرمز چگونه کار می‌کنند؟
محققان با ترکیب پلیمرهای نرم و غیرسمی مورد استفاده در لنزهای تماسی معمولی با نانوذرات ۴۵ نانومتری ساخته‌شده از طلا، فلورید گادولینیم سدیم، ایتربیوم و اربیوم، لنزهایی خلق کرده‌اند که نور مادون قرمز با طول موج ۸۰۰ تا ۱۶۰۰ نانومتر را به نور مرئی تبدیل می‌کنند. طبق گزارش مجله سل، این لنزها، که به نام لنزهای تماسی آپ‌کانورژن (UCLs) شناخته می‌شوند، نور مادون قرمز را به سه رنگ اصلی (قرمز، سبز و آبی) تبدیل می‌کنند تا برای چشم انسان قابل‌دیدن شود.
نکته شگفت‌انگیز این فناوری این است که نیازی به منبع انرژی خارجی ندارد و برخلاف روش‌های قبلی که نیازمند تزریق نانوذرات به شبکیه بودند، کاملاً غیرتهاجمی است. پروفسور تیان ژو، عصب‌شناس ارشد پروژه، می‌گوید: «این لنزها می‌توانند به انسان‌ها دید فرابشری بدهند، از تشخیص سیگنال‌های مخفی مادون قرمز تا کمک به عملیات نجات در شرایط کم‌نور.»
نتایج آزمایش‌ها: از موش‌ها تا انسان‌ها
محققان ابتدا این فناوری را روی موش‌ها آزمایش کردند. طبق گزارش مجله نیچر، موش‌هایی که این لنزها را استفاده کردند، رفتارهایی نشان دادند که حاکی از توانایی دیدن نور مادون قرمز بود. برای مثال، آن‌ها جعبه تاریک را به جعبه روشن‌شده با مادون قرمز ترجیح می‌دادند، در حالی که موش‌های بدون لنز تفاوتی بین این دو نشان ندادند. همچنین، مردمک چشم موش‌ها در حضور نور مادون قرمز منقبض شد و تصویربرداری مغزی نشان داد که مراکز پردازش بینایی آن‌ها فعال شده است.
در آزمایش‌های انسانی، ۱۵ داوطلب ۱۸ تا ۴۰ ساله با بینایی نرمال توانستند الگوها، حروف و سیگنال‌های مادون قرمز چشمک‌زن (مانند کد مورس) را در تاریکی تشخیص دهند. نکته جالب‌تر اینکه این لنزها با چشمان بسته حتی بهتر عمل می‌کنند، زیرا نور مادون قرمز به‌راحتی از پلک‌ها عبور می‌کند و نور مرئی مزاحم تصویر نمی‌شود. طبق گزارش ساینس‌دیلی، این ویژگی می‌تواند در شرایط خاص، مانند عملیات امنیتی، بسیار کاربردی باشد.
کاربردهای بالقوه و نوآوری‌های آینده
این لنزها امکانات بی‌سابقه‌ای را به ارمغان می‌آورند. یکی از نوآوری‌های برجسته، توسعه لنزهای سه‌رنگی (trichromatic UCLs) است که طول موج‌های مختلف مادون قرمز را به رنگ‌های متمایز تبدیل می‌کنند: ۹۸۰ نانومتر به آبی، ۸۰۸ نانومتر به سبز و ۱۵۳۲ نانومتر به قرمز. طبق گزارش گاردین، این قابلیت نه‌تنها جزئیات بیشتری از طیف مادون قرمز ارائه می‌دهد، بلکه می‌تواند به افراد مبتلا به کوررنگی کمک کند تا طول موج‌هایی را که معمولاً نمی‌بینند، تشخیص دهند.
علاوه بر این، تحقیقات نشان می‌دهند که این فناوری کاربردهای گسترده‌ای دارد:
- طبق گزارش چاینا دیلی، این لنزها می‌توانند در تصویربرداری پزشکی، مانند جراحی فلورسانس مادون قرمز، به پزشکان کمک کنند تا ضایعات سرطانی را بدون تجهیزات حجیم شناسایی کنند.
- سایت استادی فایندز در مقاله‌ای اعلام کرده که این لنزها در شرایط کم‌نور مانند مه یا گردوغبار برای عملیات نجات مفید هستند.
- طبق گزارش سایت‌تک دیلی، این فناوری می‌تواند برای انتقال پیام‌های رمزگذاری‌شده با نور مادون قرمز در امنیت و ضدجعل استفاده شود.
- یورک الرت در گزارشی تأکید کرده که لنزها می‌توانند در تنظیمات رمزنگاری و ارتباطات امن کاربرد داشته باشند.
- مجله مهندسی و فناوری در مقاله‌ای اشاره کرده که این لنزها می‌توانند تجربه بصری انسان را با افزودن طیف جدیدی از نور متحول کنند.
- نیوروساینس نیوز در گزارشی اعلام کرده که این فناوری می‌تواند برای کمک به افراد با نقص بینایی توسعه یابد.
چالش‌ها و چشم‌انداز آینده
با وجود نوآوری‌های چشمگیر، این لنزها هنوز محدودیت‌هایی دارند. طبق گزارش دویچه وله، تصاویر تولیدشده توسط لنزها به دلیل پراکندگی نور توسط نانوذرات تار هستند. محققان برای رفع این مشکل، سیستم عینک‌های مکمل با فناوری مشابه توسعه داده‌اند که وضوح بیشتری ارائه می‌دهد. همچنین، لنزها فعلاً تنها نور مادون قرمز قوی، مانند نور LED، را تشخیص می‌دهند و برای شناسایی سیگنال‌های ضعیف‌تر نیاز به بهبود حساسیت نانوذرات دارند.
یوکیان ما به مجله نیچر گفته است: «چالش اصلی ما افزودن نانوذرات کافی به لنزها بدون تغییر شفافیت و خواص نوری آن‌ها بود.» تیم تحقیقاتی در حال همکاری با متخصصان مواد و اپتیک است تا لنزهایی با وضوح و حساسیت بالاتر تولید کنند. طبق گزارش مجله سل، هدف بعدی توسعه لنزهایی است که بتوانند نور مادون قرمز محیطی را تشخیص دهند، مانند امواج حرارتی طبیعی.
