Hier is je taak. Bouw een kleine sensor die een signatuur van infrarode (IR) golflengten detecteert die kenmerkend zijn voor een hete uitlaat, een houtvuur, of misschien zelfs een mens. Ontwerp de sensor zo dat hij slapend en onbeheerd kan blijven, maar altijd alert, zelfs al jaren zonder gebruik te maken van batterijstroom. En bouw de sensor zo dat de detectie zelf de uitzending van een signaal kan initiëren dat oorlogsjagers waarschuwt, brandweerlieden, of anderen dat een "signal-of-interest" is gedetecteerd. Het is gewoon het soort intelligentie, verkenning, en bewakingstechnologie (ISR) die het situationeel bewustzijn kan vergroten en tegelijkertijd de noodzaak van potentieel gevaarlijke onderhoudsmissies om lege batterijen te vervangen, tot een minimum kan beperken.

Vandaag online in het journaal Natuur Nanotechnologie , een onderzoeksteam van de Northeastern University, geleid door Electrical and Computer Engineering Associate Professor Matteo Rinaldi, rapporten die deze grote opdracht van DARPA's Near Zero Power RF- en Sensor Operation (N-ZERO) -programma uitvoeren met een apparaat dat het Boston-team een ​​"plasmonisch verbeterde micromechanische fotoschakelaar" noemt.

"Wat echt interessant is aan de Northeastern IR-sensortechnologie is dat, in tegenstelling tot conventionele sensoren, het verbruikt geen stand-byvermogen wanneer de te detecteren IR-golflengten niet aanwezig zijn, " zei Troy Olsson, manager van het N-ZERO-programma in het Microsystems Technology Office van DARPA. "Als die IR-golflengten aanwezig zijn en de IR-sensor van het noordoostelijke team raken, de energie van de IR-bron verwarmt de sensorelementen die, beurtelings, veroorzaakt fysieke beweging van belangrijke sensorcomponenten. Deze bewegingen resulteren in het mechanisch sluiten van anders open circuitelementen, wat leidt tot signalen dat de doel-IR-handtekening is gedetecteerd."

De sensor is een toonbeeld van slimme fysica en techniek, inclusief een raster van nanoschaalpatches waarvan de specifieke afmetingen hen beperken om alleen bepaalde IR-golflengten te absorberen. "De op lading gebaseerde excitaties, plasmonen genoemd (die kunnen worden gezien als rimpelingen op het wateroppervlak), zijn zeer gelokaliseerd onder de nanoschaalpatches en vangen effectief specifieke golflengten van licht op in de ultradunne structuur, het induceren van een relatief grote en snelle piek in de temperatuur, " legde Rinaldi uit. Deze temperatuurpieken, beurtelings, leiden tot een stroomopwaartse opeenvolging van gebeurtenissen die culmineert in vervormingen van andere delen van de sensor die het circuit voltooien.

"De technologie beschikt over meerdere sensorelementen - elk afgestemd om een ​​specifieke IR-golflengte te absorberen, " merkte Olsson op. "Samen, deze combineren tot complexe logische circuits die IR-spectra kunnen analyseren, wat de weg vrijmaakt voor deze sensoren om niet alleen IR-energie in de omgeving te detecteren, maar ook om te specificeren of die energie afkomstig is van een brand, voertuig, persoon of een andere IR-bron."

Denk aan de identificatie van voertuigen aan de hand van hun IR-emissies. Motoren die benzine of diesel verbranden, stoten specifieke verbindingen uit in hun uitlaatgassen. Onder deze verbindingen zijn CO2, CO, H2O, verschillende oxiden van stikstof en zwavel (NOx en SOx, respectievelijk), en koolwaterstoffen zoals methaan. "Als resultaat, de infraroodemissiespectra van de verwarmde uitlaatgassen die uit voertuigen zoals vrachtwagens komen, auto's of vliegtuigen kunnen op zichzelf fungeren als een handtekening die specifiek is voor een voertuigtype, " legde Zhenyun Qian uit, die met Rinaldi en andere leden van het onderzoeksteam heeft gewerkt aan het N-ZERO-programma.

Een primair doel van het N-ZERO-programma is het ontwikkelen van fundamentele technologieën die de weg vrijmaken voor nieuwe en meer capabele sensorsystemen die relevant zijn voor de nationale veiligheid. Het NU-team wijst in zijn Natuur Nanotechnologie document dat dezelfde technologie de komende jaren belangrijk kan worden naarmate het internet der dingen zich uitbreidt tot honderden miljarden apparaten, variërend van auto's, naar apparaten, op afstand geplaatste sensoren. "Het vermogen om alleen stroom te verbruiken als er nuttige informatie aanwezig is, zal resulteren in een bijna onbeperkte werkingsduur voor onbeheerde sensoren die worden ingezet om zeldzame maar tijdkritieke gebeurtenissen te detecteren, met een baanbrekende impact op de verspreiding van het internet der dingen, ' voorspellen de noordoostelijke onderzoekers in hun paper.