Ką gali 3D jutikliai? Šiandien jie, atpažinę veidą, gali atrakinti mūsų telefoną, taip pat palengvinti autonomišką automobilio valdymą arba užfiksuoti besiartinančią raketą, taip išgelbėdami žmonių gyvybes. Siekiant šių sistemų universalumo, pasaulio mokslininkų dėmesys šiandien krypsta į jose naudojamų spindulių – lazerio ir infraraudonųjų – tobulinimą.
Ką gali 3D jutikliai? Šiandien jie, atpažinę veidą, gali atrakinti mūsų telefoną, taip pat palengvinti autonomišką automobilio valdymą arba užfiksuoti besiartinančią raketą, taip išgelbėdami žmonių gyvybes. Tai tik keli tokių jutiklių taikymo pavyzdžiai ir jų ateityje vis daugės. Siekiant šių sistemų universalumo, pasaulio mokslininkų dėmesys šiandien krypsta į jose naudojamų spindulių – lazerio ir infraraudonųjų – tobulinimą, o NIR-OLED spinduliai – viena perspektyviausių alternatyvų šiandien naudojamoms technologijoms.
Būtent šių artimuosius infraraudonuosius spindulius skleidžiančių diodų, dar kitaip žinomų kaip NIR-OLED, vystymas ir pritaikymas įvairiems 3D jutikliams yra bendras Lietuvos (Kauno technologijos universiteto (KTU), Latvijos (Rygos technikos universiteto (RTU) ir Taivano (Yuan Ze universiteto (YZU) mokslininkų darbas.
Tarptautinio projekto „Pažangių IR-OLED prietaisų, skirtų 3D jutiklių taikymuose, vystymas“ metu, sintetindami naujas organines medžiagas, mokslininkai kuria hiperfluorescencijos pagrindu veikiančias artimųjų infraraudonųjų spindulių OLED sistemas, kurios dėl savo lankstumo ir pakankamai pigios gamybos leistų ateityje ne tik atpiginti pačius 3D jutiklius, bet ir užtikrinti jų ilgaamžiškumą.
Dr. Gintarė Kručaitė. Nuotr. Tomas Kauneckas.
„NIR-OLED technologija turi svarbią strateginę reikšmę tiek regioniniu, tiek pasauliniu mastu. Ji yra dalis ateities technologijų, kurios apibrėš ne tik kasdienę elektroniką, bet ir pramonės objektus, saugumą, sveikatos priežiūrą bei dirbtinį intelektą, – teigia KTU Cheminės technologijos fakulteto (CTF) tyrėja ir šio projekto Lietuvoje vadovė dr. Gintarė Kručaitė. – Mūsų projekto tikslas NIR-OLED technologiją taikyti 3D jutikliuose. Tai yra viena iš pažangiausių ir daugiausiai žadančių sričių, kurioje nematoma šviesa leidžia pasiekti erdvinį vaizdų ar objektų suvokimą.“
Objektui aptikti – nematomi spinduliai
Daugelis mūsų pirkdami televizorius, mobiliuosius telefonus ar kompiuterius veikiausiai ne kartą esame susidūrę su organiniais šviesos diodais, geriau žinomais santrumpa OLED – technologija, kurioje, pasitelkiant organinius junginius kaip šviesos šaltinį, mūsų kasdien naudojamuose prietaisų ekranuose galima išgauti sodrias ir kontrastingas spalvas. NIR-OLED, aiškina KTU mokslininkė, veikia tuo pačiu principu, tačiau, skirtingai nei mums geriau žinomi OLED, skleidžia žmogaus akiai nematomą šviesą, t. y. 700–1000 nm bangos ilgio intervale.
„Tiek OLED, tiek NIR-OLED technologijos grindžiamos tais pačiais principais: organinis sluoksnis įterpiamas tarp dviejų elektrodų (katodo ir anodo), o įjungus įtampą rekombinacijos metu susidaro sužadintos molekulės (eksitonai), kurios ir skleidžia spindulius. Visgi, kitaip nei mums įprastuose OLED, kurie šviečia matomos šviesos spektre, NIR-OLED yra specialiai sukurti skleisti nematomą – infraraudonąją – šviesą. Taigi ir šių diodų praktiniai taikymo būdai visai kitokie – orientuoti į mediciną, saugumą, biometriką, komunikaciją ir net mokslo tyrimus“, – teigia KTU mokslininkė.
Šių jutiklių veikimas, anot mokslininkės, yra paremtas tuo, jog skleidžiama infraraudonoji (arba lazerio) šviesa leidžia fiksuoti aplinkinių objektų būvį, formą, padėtį, judesius trimatėje erdvėje, o taip pat ir atstumą nuo jutiklio.
Visgi dr. G. Kručaitė teigia, jog nors šiandien 3D jutikliuose plačiausiai yra naudojami lazeriai ir infraraudonieji spinduliai (IR), NIR-OLED technologija turi kelis esminius pranašumus, leidžiančius ją laikyti daugelio ateities technologinių sričių pagrindu, ypač tuomet, kai yra svarbus šiuos spindulius naudojančių prietaisų dydis ir lankstumas.
„NIR-OLED prietaisai, skirtingai nei šiuo metu naudojamos tradicinės technologijos, yra ploni, lankstūs ir gali būti integruoti tiesiai į ekranus ar paviršius. Jie skleidžia švelnią, difuzinę ir nematomą šviesą, veikia prie mažos įtampos, o taip pat leidžia tiksliai valdyti bangos ilgį. Dėl to jie ypač tinkami kompaktiškiems, nešiojamiems ir optiškai nematomiems jutikliams, pavyzdžiui, veido atpažinimui, akių ar rankų sekimui bei automobilių vidaus sistemoms“, – pasakoja mokslininkė.
Ateityje – pigesni ir ilgaamžiškesni prietaisai
Kaip bebūtų, NIR-OLED šiandien yra besivystanti technologija. KTU tyrėja teigia, jog siekiant praktiškai pritaikomų ir efektyvių NIR-OLED sistemų šiandien būtina ne tik technologinė pažanga, bet ir naujų, pažangesnių organinių medžiagų šioms sistemoms kūrimas. Termiškai aktyvuota uždelstoji fluorescencija (TADF) – tai viena iš technologijų, leidžiančių sumažinti ne tik šių organinių diodų gamybos kaštus, bet ir padidinti jų energetinį efektyvumą. Tiesa ir čia šiandienos mokslas susiduria su tam tikrais iššūkiais.
„Taikant TADF susiduriama su tokiais iššūkiais kaip prietaisų nestabilumas, sudėtingas naujų organinių medžiagų sintetinimas, kurios atitiktų efektyvų energijos perdavimą, taip pat iššūkių kelia ir šių medžiagų integravimas į NIR-OLED įrenginius. Visgi būtent čia ir slypi mūsų projekto esmė – mes kuriame naujas TADF medžiagas, kurios pasižymės geresnėmis fizikinėmis ir cheminėmis savybėmis, geresniu stabilumu, suderinamumu su kitais junginiais, kurie naudojami prietaise“, – teigia dr. G. Kručaitė.
KTU kuriami OLED
Tokių organinių medžiagų su integruotomis TADF technologijomis kūrimas, mokslininkės teigimu, įgalina efektyvesnį energijos panaudojimą diodų skleidžiamiems spinduliams, taip pat leidžia taikyti mažiau energijos reikalaujančius gamybos procesus. Būtent taip taikant NIR-OLED technologijas galima kurti lengvesnius, perdirbamus ir ekologiškus prietaisus, kurie yra ne tik pigesni, energetiškai efektyvesni, tačiau ir tarnauja ilgiau.
„Naujų organinių junginių kūrimas yra esminis veiksnys, lemiantis NIR-OLED technologijos proveržį, ir tam yra būtinas tarpdisciplininis požiūris į inovacijas. Dirbdami kartu su partneriais iš Latvijos RTU ir Taivano YZU, turime galimybę apjungti skirtingas, bet tuo pačiu ir viena kitą papildančias kompetencijas: nuo junginių sintezės iki prietaiso kūrimo ir analizės. Tai projektui suteikia didelę pridėtinę vertę, o jo rezultatai tampa konkurencingi tarptautiniu mastu. Tokiu būdu partnerystė stiprina tiek mokslinius rezultatus, tiek praktinį jų pritaikomumą pramonėje ar kasdieniame gyvenime“, – teigia KTU tyrėja.
KTU, RTU ir YZU mokslininkų atliekamas projektas „Pažangių IR-OLED prietaisų, skirtų 3D jutiklių taikymuose, vystymas“ Nr. S-LLT-25-2 finansuojamas pagal Lietuvos mokslo tarybos administruojamą tarpvalstybinę programą: Lietuva–Latvija–Kinija (Taivanas).
