Cientistas chineses da Universidade de Tsinghua desenvolveram um chip óptico inovador, o Yuheng (Rafael), do tamanho de uma unha, capaz de analisar a luz em tempo real com a mais alta precisão espectral, anteriormente disponível apenas em laboratórios volumosos. Usando esse chip, eles estão criando um instrumento para o Gran Telescope Canarias, que possui o maior espelho do mundo — 10,4 metros — e promete revolucionar a astronomia e muito mais.
Fonte da imagem: Universidade Tsinghua
Este desenvolvimento acelerará a coleta de informações sobre o Universo em várias ordens de magnitude. Por exemplo, dados sobre todas as estrelas da Via Láctea visíveis ao telescópio GTC (Gran Telescopio CANARIAS) podem ser coletados em menos de dez anos usando um instrumento equipado com o chip Rafael, enquanto com observações alternativas, isso levaria vários milênios.
Esta tecnologia inovadora foi criada por meio de uma combinação de expertise em óptica, inteligência artificial e ciência dos materiais, superando o tradicional dilema entre resolução e eficiência. Em outras palavras, os dados são obtidos rapidamente, mas com baixa resolução, ou lentamente, mas com riqueza de detalhes. O novo desenvolvimento permitirá a coleta de dados com resolução inimaginável em tempo real e em um formato compacto. Essa compacidade também pode ser aplicada à visão robótica, pilotos automáticos e analisadores para tudo, desde o sensoriamento remoto da composição do solo por helicópteros até a verificação da qualidade dos produtos nas prateleiras das lojas.
No entanto, o primeiro projeto da equipe chinesa será o desenvolvimento de um analisador óptico para o maior telescópio terrestre de espelho único do mundo, o Gran Telescopio Canarias, localizado nas Ilhas Canárias, Espanha. Cientistas chineses visitaram o local em maio deste ano e firmaram uma parceria. Este telescópio é usado para estudar estrelas, galáxias, matéria escura e buracos negros, e os testes, como também anunciado em uma publicação recente na revista Nature, serão um passo fundamental para levar o dispositivo de um protótipo de laboratório à aplicação prática.
Chip Yuheng demonstraDesempenho excepcional: distingue cores (possui sensibilidade espectral) com resolução inferior a 0,1 nm, proporcionando uma resolução 100 vezes maior do que dispositivos similares para espectroscopia instantânea. Graças à sua alta velocidade de processamento — até 10.000 estrelas por segundo — a tecnologia reduzirá significativamente o tempo de observação. Os pesquisadores enfatizam que o desempenho alegado é alcançado sem perda significativa de luz, tornando a solução ideal para integração em sistemas compactos.
O chip Rafael opera utilizando óptica computacional, que, em vez de dividir a luz em componentes espectrais tradicionalmente, codifica todo o feixe com um padrão único dentro do dispositivo. Isso cria interferência entre os feixes de referência e os analisados. O chip é baseado em um cristal de niobato de lítio que, quando energizado, pode alterar a direção da luz, e algoritmos de IA são usados para decodificação e restauração subsequentes das informações espectrais. Toda a análise ocorre em tempo real, sem atrasos. O chip transmite 73% da luz incidente e opera a 88 quadros por segundo, minimizando a perda de brilho e proporcionando resolução de cores ultra-alta nas faixas do visível e do infravermelho próximo.
As potenciais aplicações do Yuheng vão muito além da astronomia: na medicina, permitirá o desenvolvimento de métodos não invasivos de análise de tecidos para diagnóstico (com penetração de tecidos na faixa do infravermelho); na agricultura e ecologia, permitirá a detecção de poluentes e da qualidade do solo por meio de drones; e em veículos autônomos, permitirá o reconhecimento mais preciso de placas de trânsito.cobertura e obstáculos em condições de iluminação desafiadoras. Robôs e scanners médicos também se beneficiarão dessa “supervisão”.
No futuro, a equipe se concentrará em melhorar a estabilidade do chip, integrando computação embarcada para acelerar o processamento de dados e adaptando o design para amplo uso comercial e científico, prometendo assim uma revolução na tecnologia óptica.