NANOSTRUKTURE INSEKATA KAO INSPIRACIJA ZA TERMALNE KAMERE

Moderno društvo u medicini, astronomiji, nadzoru, nedestruktivnom testiranju i mnogim drugim primerima, koristi nevidljivo zračenje. Infracrvene, ultravioletne, terahercne ili X zrake možemo sresti u različitim primenama, ali da bismo ova zračenja detektovali potrebne su specifične, kompleksne i skupe kamere. Pimera radi, kamere veličine čipa koje koristimo za mobilne telefone detektuju vidljivo zračenje, imaju 10-20 miliona piksela i njihova proizvodnja košta od 5 do 50 dolara. IC (termalne) kamere imaju samo 20 hiljada piksela, ali njihova cena je oko 250 dolara. Razlog visoke cene IC kamere je veoma kompleksna, a samim tim i skupa tehnologija izrade. U poređenju sa kamerama koje detektuju vidljivo zračanje, termalne kamere imaju slabije performanse, u smislu rezolucije, osetljivosti i brzine. 

Tim sa Instituta za fiziku u Beogradu koji se bavi istraživanjima iz oblasti BIOFOTONIKE, osmislio je i uspešno napravio „low cost“ kameru koja se sastoji od povoljnih i lako dostupnih elemenata. Najnovija kamera je minijaturizovana i njene performanse su znatno bolje od većine trenutno dostupnih (komercijalnih) termalnih kamera. Kamera je nastala u okviru projekta “BIOLOGICAL AND BIOINSPIRED STRUCTURES FOR MULTISPECTRAL SURVEILLANCE“ koji finansira NATO, a deo je međunarodnog programa “Nauka za mir i bezbednost” (Science for Peace and Security Programme – supported by NATO). 

Foto: Promo

“U ovom projektu smo koristili prirodne i veštačke mikroskopske strukture kao piksele za buduću kameru, koja će detektovati infracrveno zračenje. Upravo je izrada piksela za takve kamere najkompleksnija komponenta, ali i veoma  skupa za izradu, sa stalnom potrebom za poboljšanjem senzitivnosti i rezolucije. Pre par godina otkrili smo da se strukture sa krila insekata (ljuspice, čija je veličina stotinak mikrona) pomeraju i trepere kada ih ozračimo infracrvenim zračenjem. Ti pomeraji su proporcionalni intenzitetu zračenja. Ovaj fenomen u fizici je poznat pod nazivom fotoforeza, a te izuzetno male pomeraje mi smo u stanju da detektujemo tehnikom koja se zove holografija.” – objasnila je dr Danica Pavlović, vođa projektnog tima, koga čine još i dr Dejan Pantelić (naučni saradnik u penziji) , dr Branislav Salatić (naučni saradnik) i druge kolege sa Instituta za fiziku. Na ovom kompleksnom projektu u realizaciji su pomogle i kolege sa drugih fakulteta Univerziteta u Beogradu. Neke od njih su Biološki fakultet, Elektrotehnički fakultet, TMF, VTI, TOC i ostali naučnici iz Srbije koji su doprineli odličnom rezultatu. Partneri na ovom projektu su bili i naučnici sa Instituta za fiziku iz Zagreba.

Osim prirodnih struktura, poput ljuspica na krilima tvrdokrilaca ili leptira koje mogu da detektuju zračenje, naučni tim na čelu sa dr Pavlović razvio je tehnologiju pravljenja veštačkih bioinspirisanih struktura koje će imati slične, ali i bolje karakteristike, sve u cilju poboljšanja osetljivosti detekcije. Za produkciju veštačkih struktura koristili su holografsku litografiju – direktno lasersko iscrtavanje po različitim, kompleksnim materijalima. Za uređivanje ovih struktura u specifične detekcione nizove tim naučnika  je koristio tehnike mikromanipulacije i mikrodisperzije. Ovim projektom je tim Instituta za fiziku uspešno dokazao da kompleksne i skupe litografske tehnike izrade mogu biti zamenjene jednostavnim i isplativim alternativama, koje su u ovom slučaju direktno inspirisane prirodom.

„Ovakva vrsta primenjenog istraživanja ima velike socijalne, ekonomske i naučne uticaje. Takav monitoring rešava mnoga bezbednosna pitanja, poput kontrole bolesti, sprečavanja trgovine ljiudima… Novi tip „low cost“ kamere će biti dostupniji zemljama u razvoju, što će im omogućiti lakše rešavanje različitih bezbednosnih problema. Takođe, ovakva kamera može biti vrlo značajna u industriji, na primer za praćenje kvaliteta proizvodnje. Dostupniji senzorni uređaj, i praktičniji zbog manje dimenzije, sigurno će doprineti i olakšati praćenje kvaliteta i zdravlja zemljišta i useva ili postati nova platforma za pomoć u dijagnostici i skriningu velikih razmera, na primer, u veterinarskoj medicini za kontrolu bolesti životinja.“, zaključuje dr Dejan Pantelić.

__________________________________________________________________________________

DODATNE INFORMACIJE ZA UREDNIKE:

Tokom projekta naučni tim je imao tri cilja:

1. Izrada pikselizovanog detektora IC zračenja, koji je inspirisan nanostrukturama sa tela insekata
   2. Konstruisanje minijaturizovanog holografskog uređaja za osetljivu detekciju pomeraja, izazvanog radijacijom, na pikselima  i
   3. Sklapanje dva prethodna elementa u jedan kompaktni uređaj koji će biti finansijski isplativ i napravljen od lako dostupnik uređaja i tehnika, poput optike za ranije pomenute mobilne telefone. 

 O NAUČNOM TIMU 

Dr Danica Pavlović, vođa projekta 

Naučno – istraživačka oblast dr Danice Pavlović je biofotonika, sa podoblastima, biomaterijali, biomimetika, biomedicina, gde koristi različite mikroskopske, spektroskopske i laserske tehnike, za analizu i karakterizaciju bioloških materijala, struktura, ćelija i tkiva. Osim fundamentalnih otkrića na polju biofotonike – novih prirodnih optičkih struktura, potencijalnih načina manipulacije svetlošću, ustanovljenih  metoda i protokola za karakterizaciju bioloških uzoraka, njena istraživanja imaju visoku primenljivost u oblasti biomimetike i biomaterijala. Direktnim korišćenjem ili pravljenjem analoga, pojedine biološke strukture mogu imati značajnu ulogu u tehnologiji zaštite dokumenata, proizvodnji infracrvenih  detektora i različitih biosenzora, vojnoj industriji, solarnoj energetici. Dr Danica Pavlović je koautor tri objavljena međunarodna patenta i jedan od inovatora “Teslagram“ tehnologije za zaštitu od falsifikovanja. Angažovana je i u aktivnostima popularizacije nauke kroz pisanje naučno popularnih članaka i učešće u naučnim manifestacijama Član je Optičkog društva Srbije, Entomološkog društva Srbije i Biophysical Society. 2020. godinr dr Pavlović je uručena nagrada u okviru čuvenog svetskog programa L’Oréal-UNESCO “Za žene u nauci”. 

Dr Branislav Salatić

Branislav Salatić je doktorirao  2017. godine na Fizičkom fakultetu Univerziteta u Beogradu. Od 2011. godine zaposlen je u Centru za fotoniku, Institut za fiziku, Beograd. Njegova istraživačka interesovanja su razvoj i optimizacija Q-prekidanih čvrstotelnih lasera, interakcija laserskog zračenja sa materijalima, biofotonika, simulacija fotonskih struktura i toplotnih efekata na materijalima uzrokovanih laserskim zračenjem metodom konačnih elemenata (FEM). Do sada je objavio 15 radova u recenziranim časopisima

Dr Dejan Pantelić, naučni savetnik

Dejan Pantelić je rođen 1957. u Beogradu. Diplomirao je na odseku za fiziku, Prirodno-matematičkog fakulteta Univerziteta u Beogradu 1980., a doktorirao je 1991. na Fizičkom fakultetu Univerziteta u Beogradu. Od 1981. godine radio je na Institutu za fiziku u Beogradu, gde je izabran za naučnog savetnika. Od 2022. je u penziji. Do sada je objavio više od 40 radova u vodećim međunarodnim časopisima, kao i veći broj radova na međunarodnim konferencijama. Pod njegovim rukovodstvom urađene su tri doktorske disertacije i nekoliko magistarskih teza. Rukovodio je inovacionim, tehnološkim i naučnim projektima. Bavi se različitim aspektima optike kao što su: holografija, biofotonika, laseri, optička metrologija.