Na potrzeby kontroli bezpieczeństwa i badań przesiewowych stosuje się obecnie bardzo duże i kosztowne urządzenia, które wytwarzają niezbędne promieniowanie elektromagnetyczne. Kompaktowy i niedrogi laser może zmniejszyć koszty i zwiększyć liczbę zastosowań tej technologii – zespół badaczy pokazał, jak można go opracować.
W ramach wspieranego przez UE projektu FLASH zademonstrowano, że istnieje możliwość opracowania lasera generującego promieniowanie terahercowe, który będzie można produkować z zastosowaniem metod i materiałów kompatybilnych z procesem wytwarzania mikroelektroniki krzemowej. Ponieważ elementy takie stanowią 98 % globalnego rynku półprzewodników, oznacza to możliwość uruchomienia produkcji masowej. Wspomniane urządzenie to kwantowy laser kaskadowy oparty na krzemogermanie. Jest ono niezwykle kompaktowe i uniwersalne.
„Tańsza i bardziej praktyczna, wykorzystująca krzemogerman platforma terahercowa stanowiłaby przełom w wielu zastosowaniach wymagających użycia częstotliwości terahercowych. Aby takie źródło terahercowe mogło trafić do masowej produkcji, jego koszt musiałby być niższy niż 100 EUR, co jest możliwe w przypadku naszego urządzenia”.
„Ponieważ aparaty tego typu osiągają zwykle ceny rzędu tysięcy euro, jesteśmy pewni, że nasze urządzenie zostałoby ciepło przyjęte przez rynek”, wyjaśnia koordynatorka projektu, Monica De Seta z Wydziału Nauki włoskiej uczelni Università Roma Tre.
Gdy takie urządzenie powstanie, zwiększy zakres zastosowań kontroli i badań z użyciem fal terahercowych – od upowszechnienia obrazowania medycznego po większe bezpieczeństwo.
„Na przykład badanie diagnostyczne w kierunku raka skóry wymaga umówienia wizyty u konsultanta w szpitalu. Jeśli lekarz rodzinny miałby do dyspozycji w swoim gabinecie bezpieczne i niezawodne urządzenie diagnostyczne, można by zaoszczędzić sporo czasu”.
Aby system do obrazowania nowotworów skóry w placówkach podstawowej opieki zdrowotnej był opłacalny i użyteczny, nie może kosztować więcej niż 10 000 EUR i musi być wyposażony w kompaktowe źródło światła zdolne do emitowania wiązki o mocy 1 mW w temperaturze pokojowej. „Zespół projektu FLASH udowodnił, że opracowane przez nas urządzenie może spełnić takie wymagania”, mówi De Seta.
„Jest to szczególnie ważne, ponieważ bez wczesnego wykrywania raka nie można osiągnąć wysokiej przeżywalności pacjentów”.
Upowszechnienie technik trójwymiarowego obrazowania nowotworów i zastąpienie nimi obecnych metod przeprowadzania biopsji przyczyni się do znacznego zmniejszenia traumy, na jaką narażeni są pacjenci, i do skrócenia czasu ich pobytu w szpitalu. Poprawienie wyników leczenia to nie jedyna korzyść – ograniczenie liczby inwazyjnych zabiegów zredukuje koszty ponoszone przez placówki ochrony zdrowia.
„Udowodniliśmy, że jeśli zastosowany zostanie standard masowej produkcji używany w przypadku mikroelektroniki krzemowej, technologia ta może stać się rentowna”.
Komunikacja o bardzo dużej przepustowości
Technologia ta może przynieść korzyści nie tylko w diagnostyce medycznej i sektorze bezpieczeństwa. Fale terahercowe oferują szerokie pasmo transmisji, co może potencjalnie przełożyć się na możliwość przesyłania danych z szybkością rzędu terabitów na sekundę. Byłby to krok w stronę zaawansowanej transmisji danych stanowiącej część przyszłego standardu 6G.
Przepustowość, którą może zapewnić urządzenie opracowane w ramach projektu FLASH, jest o jeden rząd wielkości wyższa od tej oferowanej przez technologię 5G opartą na falach milimetrowych (20 Gbit/s). W przypadku fal terahercowych możliwa jest propagacja przy braku bezpośredniej widoczności między antenami (ang. non-line-of-sight, NLOS) oraz dobra transmisja nawet w obecności mgły, pyłu i turbulencji.
„Ponadto fale terahercowe są odporne na zakłócenia generowane przez źródła optyczne i nie wymagają stosowania żadnych limitów bezpieczeństwa ani ograniczeń związanych ze zdrowiem ludzi”, dodaje De Seta.
Wyniki multidyscyplinarnych prac prowadzonych przez zespół mogą znaleźć zastosowanie także w dziedzinach takich jak detekcja warunków środowiskowych, opracowywanie leków, monitorowanie produkcji oraz obliczenia kwantowe wykorzystujące materiały półprzewodnikowe.
Komentarze
[ z 0]