Компьютерра - Журнал «Компьютерра» № 19 от 23 мая 2006 года

Ученые Калифорнийского университета Беркли создали миниатюрный, размером с булавочную головку, искусственный глаз, конструктивно аналогичный фасеточным глазам насекомых. Как и у стрекоз, пчел или мух, искусственный глаз имеет полусферическую форму для широкого панорамного обзора и образован мозаикой из тысяч микроскопических линз. Предполагается, что благодаря своим выдающимся оптическим качествам (два таких глаза при объединении в сферу дают полный трехмерный обзор пространства) подобные устройства найдут широкое применение в самых разных областях, от бытовой техники до систем медицинской диагностики и военного наблюдения.

Военная область скорее всего станет первой, где искусственные глаза новой конструкции появятся в реальной аппаратуре. По той причине, что исследовательская и конструкторская работа в Беркли оплачена Агентством передовых оборонных исследований DARPA. Полмиллиона долларов выделены под конкретную задачу — разработать новую, более эффективную технологию наблюдения. Как комментирует это Люк Ли (Luke Lee), в лаборатории которого фасеточный глаз был придуман и создан за три года: «Муху трудно поймать, потому что сенсоры ее „системы обнаружения“ направлены во все стороны. Такой же принцип военные хотели бы задействовать для систем обнаружения ракет». Разработчики, однако, надеются, что их детище по достоинству оценят и в мирных областях, в первую очередь в медицине, где зоркий микроглаз с трехмерным обзором пригодился бы при диагностировании/лечении болезней желудочно-кишечного тракта, а также при хирургических операциях, где врач не может видеть «поле деятельности» без помощи специальных приборов.

Для изготовления фасеточного микроглаза ученые придумали совершенно новую технологию, во многом воспроизводящую естественные процессы самоорганизации в природе. Сначала из эластичного полимера изготовляется тонкий плоский лист, напоминающий структурой пчелиные соты. Этот лист прикладывается к миниатюрному концу вакуумного шланга, с помощью которого соответствующему участку придается куполообразная форма. Выгнутый таким образом полимер служит многоразовой формой для литья, которую заполняют специальной эпоксидной смолой. Под действием ультрафиолета смола быстро затвердевает, превращаясь в крошечную полусферу, покрытую 8 тысячами правильных ячеек, действующих как линзы для лучей света. Чтобы создать волноводы, аналогичные тем, что передают свет от линзы к фоторецептору в глазу насекомого, Ли и его коллеги в процессе изготовления позволяют предварительно сфокусированному свету медленно прожечь себе туннели в смоле. Такой метод не только дешев, но и обеспечивает наиболее правильный (естественный) наклон всех волноводов в структуре искусственного глаза, без применения традиционных, дорогих и сложных технологий тонкой микронастройки. Подробное описание этой работы можно найти в майском номере журнала Science. — Б.К.

Не спешите делать предложение корейской прелестнице, стреляющей глазами в вашу сторону. Что поделаешь, в XXI веке любовь зла как никогда: с легкой руки команды роботехников Института индустриальных технологий Южной Кореи под руководством профессора Бэг Мун-хона (Baeg Moon-hong) на свет появился робот, которого издалека не так просто отличить от двадцатилетней девушки. Новая модель получила имя EveR-1: к имени «Ева» прибавлена буква "R", означающая «робот». Несмотря на прозвище, роднящее робота с первой женщиной по христианской версии, в области создания двойников человека корейцы отнюдь не являются первопроходцами: год назад их японские коллеги из университета Осаки уже представили свою «рободиву» Repliee Q1.

Тело Евы, свободно сгибающей суставы, отражающей нюансы своего настроения на лице и искусно имитирующей вдохи и выдохи, покрыто эластичным силиконовым материалом. Словарный запас «кореянки» при распознавании речи собеседника включает четыреста слов, что, памятуя классиков, совсем не мало для обладательницы столь привлекательной внешности. По-видимому, с такими данными «рободевушка» без работы не останется: так, ее «отцы» уже прочат ей успех в качестве гида на презентациях и выставках. Не исключена и просветительская карьера: по крайней мере, детишки, которых на своем первом выходе в свет Ева тешила сказками, пришли в восторг от занятий с электронной «Мэри Поппинс».

При росте 160 см Ева весит 50 кг, что вполне укладывается в рамки стандартов, предъявляемых к моделям из плоти и крови (информацию об окружности груди, талии и бедер конструкторы не разглашают). К сожалению, возможности предстать перед собеседником в полный рост «дама» лишена — из-за неподвижности своих нижних конечностей она прикована к креслу. Впрочем, ее создатели, засучив рукава, работают над новой моделью EveR-2, которой, как они убеждены, можно будет преподавать уроки хореографии. Похоже, для манекенщиц наступают нелегкие времена. — Д.К.

Японская корпорация Fuji Photo Film не так давно продемонстрировала прототип первого компактного органического CMOS-сенсора для цифровых видеокамер. Пока прототип способен получать только одноцветные изображения с разрешением всего 120х160 пикселов. Но в ближайшей перспективе разработчики надеются создать почти идеальное цифровое устройство, в котором все три цветных светочувствительных слоя каждого пиксела расположены друг под другом, как в фотопленке, а не рядом, как в сегодняшних цифровых камерах.

Кремниевые CMOS-сенсоры с вертикально расположенными фотоэлектрическими преобразователями уже несколько лет выпускает американская компания Foveon. Сегодня имеется полдесятка моделей фотоаппаратов, оснащенных такими матрицами. Лучшие из них позиционируются как 10-мегапиксельные, хотя реальное число пикселов у них втрое меньше. Сенсоры Foveon обладают целым рядом преимуществ по сравнению с традиционными. Например, отпадает необходимость в цветных светофильтрах для каждого пиксела, а число фотонов каждого «цвета», которые достигают своего светочувствительного слоя, потенциально утраивается. Кроме того, исчезают и специфические искажения изображения, возникающие из-за того, что пикселы разных цветов сдвинуты друг относительно друга. Однако у сенсоров Foveon спектральная чувствительность каждого из трех преобразователей оставляет желать лучшего, заставляя делать специальную цифровую обработку изображения для получения приемлемой цветопередачи. К тому же эти сенсоры слишком медленны и годятся только для фотоаппаратов.

В матрицах Fuji планируется использовать три органических светочувствительных слоя (RGB), размещенных друг поверх друга. Они работают так же, как и обычные CMOS-сенсоры, накапливая выбитые фотонами заряды, которые затем считываются электронной схемой, расположенной в самом нижнем слое. Пока исследователи смогли похвастаться только «зеленым» слоем, спектральная чувствительность которого близка к чувствительности фотопленки на основе нитрата серебра (кстати, эта разработка Fuji уходит корнями в «пленочную» технологию; компания до сих пор остается одним из ведущих поставщиков традиционных фотоматериалов). А когда работа будет закончена, новый сенсор обещает совместить преимущества цифровой и пленочной фотографии (включая относительную дешевизну за счет отказа от светофильтров и микролинз).

Пока о сроках выхода новой технологии на рынок не идет и речи. Да и квантовая эффективность прототипа, то есть относительное число идущих в дело фотонов, всего десять процентов (у обычных матриц квантовая эффективность достигает сорока процентов). — Г.А.

Еще один шаг на пути к интеграции оптических компонентов в кремниевые чипы сделан в Датском техническом университете. Ученым впервые удалось изготовить эффективный электроннооптический переключатель на основе «напряженного кремния» (strained silicon).

Свет, как известно, гораздо лучше подходит для передачи информации, чем электрический ток. Но основа современных чипов — кремний уже в силу своей структуры не очень-то годится для работы со светом. Несмотря на успехи в создании кремниевых лазеров и переключателей, до практических приложений пока еще далеко.

Быстрые оптические переключатели обычно используют так называемый электрооптический эффект, при котором показатель преломления материала изменяется под действием внешнего электрического поля. К сожалению, в кремнии из-за симметрии его кристаллической решетки этот эффект отсутствует. Но теперь ученые нашли способ нарушить ненужную симметрию. Для этого на кремниевый оптический волновод сверху наращивают тонкий слой нитрида кремния Si3N4. Этот слой растягивает кристалл с одной стороны, нарушая его симметрию. Если теперь к расположенному над нитридом кремния изолированному электроду приложить напряжение как к затвору полевого транзистора, то показатель преломления волновода заметно изменится.