红外相机可以捕捉人眼无法看到的有用信息，如管道泄漏的气体、空气中的化学物质或建筑物散失的热量。然而，先进的红外光感应技术仍需昂贵且笨重的系统。麻省理工学院的研究人员开发了一种基于芯片的光学设备，能够动态控制进入的红外光，作为可调透镜，为红外相机提供额外信息。该设备的每个微观像素都能独立控制红外光，改变聚焦，从而帮助相机检测不同信号，无需移动部件。相关研究已发表在《Nature Communications》上。
研究人员展示了一个实验室规模的示范，主要利用常规制造工艺，表明这种方法可以在工业规模上实施。这项技术可能会促成更紧凑的、可调的红外相机，实现更加动态的热成像、化学传感、污染监测，甚至新型的光学计算。首作者Cosmin-Constantin Popescu博士表示：“这可以为我们在研究空间时提供更多信息，或帮助在环境保护中监测大气中特定化合物。”
近年来，研究人员通过在透明材料上蚀刻微小精确的图案（称为“超表面”）来动态控制光，这可能会实现更紧凑的可编程相机和其他先进光学设备。麻省理工学院的研究小组尝试了一种超表面类材料，在加热后从固态转变为液态。相变可以控制材料与光的相互作用。
研究小组设计了一种系统，利用常用于显示器的两层整齐排列的铜线交叉放置，下面是掺杂硅层，能在交叉点产生热量，并位于相变材料之上。硅产生的热量用于在晶态和非晶态之间切换材料的每个像素，改变其与入射红外光的相互作用。该系统还包括二极管选择器，防止邻近像素间的意外电流泄漏。
研究人员的计算表明，这种交叉架构允许在不产生意外电流问题的情况下扩展到数百万个像素。Hu教授表示：“关键创新是这种交叉架构，创建了一种可扩展的方法来增加超表面的像素级切换。”
研究团队在MIT.nano的设备和半导体芯片制造工厂中进行合作，最终创建了一个包含6x6超表面像素阵列的二维系统。测试结果显示，该系统可以可靠地开关。
研究人员表示，整合系统设计的一部分到现有半导体制造中应有助于推动其超越研究原型。“随着规模的扩大，需要一个一致的过程，这就是芯片代工制造的重要性所在。”Hu教授说。
研究人员正在努力增加阵列中的像素数量，并开发更强大的系统，以便捕捉更多的红外信息。Hu教授指出：“在很多情况下，当你拍摄图像时，你已经知道你在寻找什么。”
博主点评： 这项技术的突破在于利用微型芯片实现红外成像的灵活性和精确性，极大地提升了气体和热量检测的能力。未来可能在环境监测和军事应用中发挥重要作用，期待其工业化进程的加速。