«Т-лучи» сделают медицинскую визуализацию безопаснее и эффективнее

Исследователи из Мичиганского университета нашли способ обнаружения и захвата электромагнитных волн терагерцового диапазона путем их первичной конвертации в звук. Новая технология позволяет не только усовершенствовать, например, системы безопасности в аэропортах, но и сделать безопаснее медицинскую визуализацию.

В настоящий момент инженерам хорошо известны способы манипулирования широким спектром электромагнитных волн, использующихся для отправки и принятия сигнала. Однако работать с волнами с частотой от 0,1 до 10 ТГц не так просто. Суть в том, что такая частота является слишком высокой для того, чтобы ее можно было напрямую замерить электроникой нынешнего поколения, поэтому ученым приходится полагаться на измерения их физических свойств — длину и энергию. Но и такие замеры весьма сложны и требуют наличия высококлассного оборудования с хорошей системой охлаждения. Ввиду этого, работа в этом направлении, несмотря на свою перспективность, сейчас считается малоэффективной.

Однако команда ученых из Мичиганского университета под руководством профессора Джея Гуо разработала и испытала датчик, который поможет решить эту проблему путем превращения высокочастотных терагерцовых волн в ульразвук, то есть среду, хорошо известную ученым. И более того, система показывает свою высокую эффективность даже при обычных, что называется, комнатных условиях и температуре.
Работает система следующим образом: когда волны терагерцового диапазона ударяются о датчик, их энергия абсорбируется углеродными нанотрубками и конвертируется в тепло. Тепло расширяет тонкую сеть из губчатого полидиметилсилоксана, создавая звуковое давление в ультразвуковом диапазоне, не слышимом человеческому уху. Полученные ультразвуковые волны определяются и считываются компактным, размером всего в несколько миллиметров, резонатором.

Размеры датчика составляют всего несколько миллиметров

Устройство имеет отклик менее одной миллионной доли секунды, что на четыре порядка быстрее, чем могут похвастаться аналогичные приборы. Работает устройство настолько быстро, что это позволяет ему определять частные пульсации терагерцовых волн, а не «видеть» их в качестве бесконечного потока.

Обнаружение практичных способов взаимодействия с этой частью электромагнитного спектра может открыть перед нами большие возможности. Например, любой объект, чья температура находится выше абсолютного нуля, будет иметь в этом спектре так называемое черное излучение. Обнаружение этих волн позволяет нам проникать сквозь объекты и видеть скрытые за ним другие объекты, не ограничиваясь при этом дистанцией. Начиная от наркотиков и оружия в аэропортах и заканчивая звездной пылью в самых дальних уголках Млечного Пути.

Более того, так как волны этого спектра, по мнению ученых, не приносят вред человеческому телу (в облучаемой области лишь немного повышается температура), то эту технологию можно также использовать и для безопасной, а также более эффективной медицинской визуализации и диагностики.