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Una fotocamera in grado di contare i fotoni

01.05.2020

I ricercatori della Swiss Ecole Polytechnique Federale de Lausanne (EPFL) hanno creato una fotocamera megapixel unica nel suo genere basata su rivelatori a fotone singolo con diodi a valanga a fotone singolo (SPAD). Il sensore di questa fotocamera è in grado di rilevare singoli fotoni a una velocità senza precedenti, utilizzata per l'acquisizione di immagini 3D ad alta velocità e, per questo motivo, questa fotocamera è un'opzione ideale per la costruzione di sistemi di realtà aumentata, sistemi di scanner laser LiDAR, eccetera.

La nuova fotocamera è in grado di acquisire immagini 24D fino a 24 fotogrammi al secondo, rispetto ai film e ai video TV standard da 30 a 1 fotogrammi al secondo. Inoltre, gli scienziati sono riusciti a realizzare il pixel SPAD più piccolo e, attraverso alcuni trucchi, a ridurre la quantità di energia consumata a XNUMX microwatt.

Va notato che la creazione di una nuova telecamera è il risultato di 15 anni di lavoro da parte degli specialisti di laboratorio AQUALab, che hanno fatto molta strada dalla creazione dei primi rivelatori SPAD, che avevano caratteristiche molto mediocri, ai rivelatori moderni, che hanno molto di piccole dimensioni e sono in grado di registrare singoli fotoni ad una velocità fino a 150 milioni di fotoni al secondo. Questa "velocità dell'otturatore della fotocamera" ad alta velocità ti consente di aumentare la sua gamma dinamica e di catturare movimenti molto veloci con essa.

Le ridotte dimensioni di un pixel della nuova fotocamera e la sorprendente velocità del suo lavoro sono diventate possibili grazie all'introduzione di un meccanismo di feedback, che sopprime quasi istantaneamente una valanga di elettroni causata dalla caduta di un fotone sul sensore. Un'elevata densità di pixel sulla matrice della fotocamera è stata ottenuta utilizzando un software specializzato, che in modalità semiautomatica ha permesso di trovare il metodo più ottimale per disporre i pixel sulla superficie della matrice e i conduttori attraverso i quali vengono trasmessi i segnali da questi pixel. Inoltre, gli scienziati hanno dimostrato che i parametri dei singoli pixel di una matrice realizzata utilizzando le tecnologie di produzione più comuni differiscono di non più del 3 percento, il che è un valore abbastanza soddisfacente.

I ricercatori svizzeri hanno già utilizzato la nuova fotocamera per misurare il tempo di volo dei fotoni emessi da un laser e riflessi dall'oggetto fotografato. Inoltre, l'ampia gamma dinamica della nuova fotocamera ha permesso di scattare in condizioni in cui altri metodi semplicemente non funzionano, ad esempio fotografando oggetti abbastanza lontani attraverso una finestra parzialmente trasparente.

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Macchina per diradare i fiori nei giardini 02.05.2024

Nell'agricoltura moderna si sta sviluppando il progresso tecnologico volto ad aumentare l'efficienza dei processi di cura delle piante. Presentata in Italia l'innovativa macchina per il diradamento dei fiori Florix, progettata per ottimizzare la fase di raccolta. Questo attrezzo è dotato di bracci mobili, che permettono di adattarlo facilmente alle esigenze del giardino. L'operatore può regolare la velocità dei fili sottili controllandoli dalla cabina del trattore tramite joystick. Questo approccio aumenta significativamente l'efficienza del processo di diradamento dei fiori, offrendo la possibilità di adattamento individuale alle condizioni specifiche del giardino, nonché alla varietà e al tipo di frutto in esso coltivato. Dopo due anni di test della macchina Florix su diverse tipologie di frutta, i risultati sono stati molto incoraggianti. Agricoltori come Filiberto Montanari, che utilizza una macchina Florix da diversi anni, hanno riscontrato una significativa riduzione del tempo e della manodopera necessari per diluire i fiori. ... >>

Microscopio infrarosso avanzato 02.05.2024

I microscopi svolgono un ruolo importante nella ricerca scientifica, consentendo agli scienziati di approfondire strutture e processi invisibili all'occhio. Tuttavia, vari metodi di microscopia hanno i loro limiti e tra questi c'è la limitazione della risoluzione quando si utilizza la gamma degli infrarossi. Ma gli ultimi risultati dei ricercatori giapponesi dell'Università di Tokyo aprono nuove prospettive per lo studio del micromondo. Gli scienziati dell'Università di Tokyo hanno presentato un nuovo microscopio che rivoluzionerà le capacità della microscopia a infrarossi. Questo strumento avanzato consente di vedere le strutture interne dei batteri viventi con sorprendente chiarezza su scala nanometrica. In genere, i microscopi nel medio infrarosso sono limitati dalla bassa risoluzione, ma l’ultimo sviluppo dei ricercatori giapponesi supera queste limitazioni. Secondo gli scienziati, il microscopio sviluppato consente di creare immagini con una risoluzione fino a 120 nanometri, ovvero 30 volte superiore alla risoluzione dei microscopi tradizionali. ... >>

Trappola d'aria per insetti 01.05.2024

L’agricoltura è uno dei settori chiave dell’economia e il controllo dei parassiti è parte integrante di questo processo. Un team di scienziati dell’Indian Council of Agricultural Research-Central Potato Research Institute (ICAR-CPRI), Shimla, ha trovato una soluzione innovativa a questo problema: una trappola per insetti alimentata dal vento. Questo dispositivo risolve le carenze dei metodi tradizionali di controllo dei parassiti fornendo dati sulla popolazione di insetti in tempo reale. La trappola è alimentata interamente dall'energia eolica, il che la rende una soluzione ecologica che non richiede energia. Il suo design unico consente il monitoraggio sia degli insetti dannosi che utili, fornendo una panoramica completa della popolazione in qualsiasi area agricola. “Valutando i parassiti target al momento giusto, possiamo adottare le misure necessarie per controllare sia i parassiti che le malattie”, afferma Kapil ... >>

La minaccia dei detriti spaziali al campo magnetico terrestre 01.05.2024

Sempre più spesso sentiamo parlare di un aumento della quantità di detriti spaziali che circondano il nostro pianeta. Tuttavia, non sono solo i satelliti e i veicoli spaziali attivi a contribuire a questo problema, ma anche i detriti di vecchie missioni. Il crescente numero di satelliti lanciati da aziende come SpaceX crea non solo opportunità per lo sviluppo di Internet, ma anche gravi minacce alla sicurezza spaziale. Gli esperti stanno ora rivolgendo la loro attenzione alle potenziali implicazioni per il campo magnetico terrestre. Il dottor Jonathan McDowell del Centro di astrofisica di Harvard-Smithsonian sottolinea che le aziende stanno rapidamente implementando costellazioni di satelliti e il numero di satelliti potrebbe crescere fino a 100 nel prossimo decennio. Il rapido sviluppo di queste armate cosmiche di satelliti può portare alla contaminazione dell'ambiente plasmatico terrestre con detriti pericolosi e una minaccia per la stabilità della magnetosfera. I detriti metallici dei razzi usati possono disturbare la ionosfera e la magnetosfera. Entrambi questi sistemi svolgono un ruolo chiave nella protezione e nel mantenimento dell'atmosfera ... >>

Solidificazione di sostanze sfuse 30.04.2024

Ci sono parecchi misteri nel mondo della scienza e uno di questi è lo strano comportamento dei materiali sfusi. Possono comportarsi come solidi ma improvvisamente trasformarsi in un liquido fluido. Questo fenomeno ha attirato l'attenzione di molti ricercatori e forse ci stiamo finalmente avvicinando alla soluzione di questo mistero. Immagina la sabbia in una clessidra. Di solito scorre liberamente, ma in alcuni casi le sue particelle iniziano a rimanere bloccate, trasformandosi da liquido a solido. Questa transizione ha importanti implicazioni per molti settori, dalla produzione di farmaci all’edilizia. Ricercatori statunitensi hanno tentato di descrivere questo fenomeno e di avvicinarsi alla sua comprensione. Nello studio, gli scienziati hanno condotto simulazioni in laboratorio utilizzando i dati provenienti da sacchetti di perle di polistirolo. Hanno scoperto che le vibrazioni all’interno di questi insiemi avevano frequenze specifiche, il che significa che solo alcuni tipi di vibrazioni potevano viaggiare attraverso il materiale. Ricevuto ... >>

Notizie casuali dall'Archivio

Il nuovo tessuto ti terrà caldo e fresco 02.12.2017

Gli scienziati dei materiali della Stanford University di Palo Alto (USA), guidati da Yi Cui, hanno sviluppato un tessuto che può riscaldare e raffreddare il corpo umano, grazie alla sua struttura speciale.

Negli ultimi decenni, gli scienziati hanno già sviluppato materiali "traspiranti" che riducono al minimo la perdita di calore dal corpo umano. Il raffreddamento è più difficile; una soluzione è creare un tessuto che bloccherebbe la luce visibile (cioè che sia opaco), ma che allo stesso tempo trasmetterebbe liberamente la radiazione infrarossa (IR) dal corpo, con la quale da esso viene rilasciato il 40-60% di energia termica .

Cui e colleghi hanno combinato questi due approcci. Il tessuto che hanno creato è una sorta di "sandwich", in cui il ruolo del pane (strati esterni) è svolto da strati tessuti da nanofili di polietilene. Il "ripieno" è a due strati: uno strato è in fibra di carbonio che assorbe (ed emette) i raggi infrarossi, l'altro è una pellicola di rame, che ritarda solo in piccola parte i raggi infrarossi.

Quindi, indossando abiti realizzati con un tale tessuto, prima da un lato, poi dall'altro, puoi tenerti caldo al freddo o rinfrescarti al caldo. I test hanno dimostrato che la differenza di temperatura ottenibile è fino a 6.5°C. Ciò consentirà già di risparmiare molta energia per il riscaldamento (estate) e il raffrescamento (inverno) delle case, che negli Stati Uniti assorbe fino al 40% di tutti i costi energetici domestici.

I ricercatori sono convinti che nel prossimo futuro saranno in grado di raddoppiare le prestazioni del loro tessuto isolante/raffreddante.

Evelyn Wang, ingegnere del Massachusetts Institute of Technology, definisce "affascinante" il documento dei suoi colleghi di Stanford e il loro concetto "elegante e abbastanza semplice".

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