دوربینی که به باتری نیاز ندارد

محققان هر پیکسل را به‌گونه‌ای طراحی کرده‌اند که نه‌تنها می‌تواند نور ضمنی را اندازه‌گیری کند، بلکه می‌تواند این نور را به برق تبدیل کند. بتازگی این تیم کار خود را در کنفرانس بین‌المللی عکاسی محاسباتی در دانشگاه رایس در هوستون ارائه کرد. نایار می‌گوید ما در میانه‌های یک انقلاب در تصویربرداری دیجیتال هستیم. او می‌گوید: در سال گذشته حدود دو میلیارد دوربین از انواع مختلف در سراسر جهان فروخته شده است. من فکر می‌کنم که ما فقط نوک کوه یخ را می‌بینیم!

انتظار می‌رود تصویربرداری دیجیتال بسیاری از زمینه‌های نوظهور شامل دستگاه‌های پوشیدنی، شبکه حسگرها، محیط‌های هوشمند، داروهای شخصی‌سازی شده و اینترنت را در برگیرد. دوربینی که بتواند مانند ابزار غیرقابل مهار و بدون نیاز به یک منبع برق پشتیبان برای همیشه کار کند فوق‌العاده مفید است. نایار که یک محقق پیشرو در زمینه تصویربرداری دیجیتالی است متوجه شده بود اگرچه دوربین‌های دیجیتال و صفحات خورشیدی دارای مقاصد مختلفی هستند (یکی نور را اندازه‌گیری می‌کند، در حالی که دیگری نور را به برق تبدیل می‌کند) اما هر دو در اساس از مولفه‌های یکسانی ساخته شده‌اند. در قلب هر دوربین دیجیتال یک حسگر تصویر (تراشه‌ای با میلیون‌ها پیکسل) قرار دارد.

عنصر کلیدی در هر پیکسل یک فوتودیود یا ترانزیستور نوری است که هنگام قرارگرفتن در معرض نور یک جریان الکتریکی تولید می‌کند. این مکانیسم هر پیکسل را قادر به اندازه‌گیری شدت نور تابیده شده به آن می‌کند. همین فوتودیود در صفحه‌های خورشیدی برای تبدیل نور تابشی به برق مورد استفاده قرار می‌گیرد. این فوتودیود در پیکسل دوربین در نقش هادی نور استفاده می‌شود، در حالی که در صفحه خورشیدی در حالت فوتو ولتائیک (قدرت‌زای نور) به‌کار می‌رود. نایار به کمک مهندس دانیل سیمز و مشاوره میخائیل فریدبرگ، با استفاده از مولفه‌های در دسترس، یک حسگر تصویر با 1200 پیکسل ساخت. در این دوربین نمونه، هر فوتودیود در حالت فوتو ولتائیک کار می‌کند. پیکسل‌ها بسیار ساده طراحی شده و فقط دو ترانزیستور دارند. در هر چرخه ضبط تصویر، ابتدا پیکسل‌ها برای ثبت و بازخوانی تصویر و سپس برای برداشت انرژی و شارژ کردن منبع تغذیه حسگر استفاده می‌شوند. حسگر تصویر دائم در حال سوئیچ کردن بین حالت ضبط تصویر و برداشت انرژی است. هنگامی که دوربین برای عکسبرداری استفاده نمی‌شود، می‌تواند به منظور تولید برق برای هر وسیله مانند گوشی تلفن همراه یا ساعت مورد استفاده قرار گیرد. نایار متذکر شده که حسگر تصویری می‌تواند از یک باتری شارژی سود برده و آن را از طریق برداشت انرژی کاملا شارژ کند.

در گذشته طرح‌های معدودی برای حسگرهای تصویر که قادر به برداشت انرژی باشند ارائه شده بود. اما این اولین نمونه از دوربینی است که بدون نیاز به باتری، برق مورد نیاز را کاملا خودش تولید می‌کند. نایار معتقد است طرح آنها یک گام مهم و رو به جلو در توسعه نسل کاملا جدیدی از دوربین‌هایی است که می‌تواند برای مدت بسیار طولانی (و در حالت ایده‌ال تا ابد) بدون نیاز به منبع برق خارجی کار کند.

phys.org ‌/‌ آتنا حسن‌آبادی