Một nhóm các nhà khoa học đến từ Đại Học Công Nghệ Nanyang (Nanyang Technological University- NTU) , Singapore, đã phát triển một cảm biến hình ảnh mới bằng graphene, hứa hẹn nâng cao chất lượng bắt hình trong điều kiện thiếu sáng (một điểm yếu của các cảm biến hình ảnh hiện nay). NTU tuyên bố rằng, sản phẩm này đã được chứng mình qua thực nghiệm rằng có độ nhạy sáng gấp 1000 lần cảm biến CMOS (Complementary Metal- Oxide- Semiconductor) và cảm biến CCD (Charge-Coupled Device) thông thường. Thêm vào đó, cảm biến mới này cũng hoạt động ở mức hiệu điện thế thấp hơn rất nhiều, cho phép giảm gần 10 lần lượng năng lượng tiêu thụ.
Cảm biến mới này có thể thu nhận ánh sáng ở mức quang phổ rộng, từ ánh sáng trông thấy cho đến hồng ngoại, với độ nhạy sáng rất cao. Điều này giúp nó có thể sử dụng trong tất cả các loại máy ảnh, bao gồm cả máy ảnh hồng ngoại, camera giao thông, thiết bị chụp ảnh vệ tinh,… Theo NTU, công nghệ này sẽ cho phép các nhiếp ảnh gia có thể chụp được những hình ảnh rõ nét kể cả dưới điều kiện ánh sáng thô. Đặc biệt, cũng theo ước tính của NTU, loại cảm biến graphene này khi đưa vào sản xuất hàng loại sẽ có giá thành rẻ hơn 5 lần so với các loại cảm biến máy ảnh hiện có.
Nghiên cứu này hiện đã tiến hành được 2 năm, dưới sự chỉ đạo của Phó Giáo Sư Wang Qijie từ Khoa Điện Và Điện Tử Đại Học NTU. Ông Wang cho biết, “Chúng tôi đã chứng minh cho mọi người thấy rằng, hoàn toàn có thể sản xuất ra một cảm biến hình ảnh linh hoạt, độ nhạy cao và rẻ chỉ với graphene. Trong tương lai, chúng tôi hy vọng sáng tạo này sẽ có ảnh hưởng lớn, không chỉ đến ngành công nghiệp hình ảnh, mà còn đến các ngành như chụp ảnh vệ tinh, thông tin liên lạc, ứng dụng hồng ngoại…”.
Điều thực sự thú vị đối với ngành công nghiệp máy ảnh, đó là việc ứng dụng Graphene vào các cảm biến CMOS hiện có không hề đòi hỏi một quy trình gì quá phức tạp. “Trong khi thiết kế loại cảm biến này, chúng tôi vẫn luôn nghĩ đến hiện trạng thực tế sản xuất hiện tại,” Ông Wang giải thích. “Điều đó đồng nghĩa với việc, trên lý thuyết, ngành công nghiệp vẫn có thể sản xuất loại cảm biến này bằng cách sử dụng dây chuyền CMOS sẵn có, vốn rất phổ biến trong các nhà máy. Các nhà sản xuất có thể dễ dàng thay thế vật liệu cơ bản hiện tại của cảm biến hình ảnh bằng vật liệu graphene cấu trúc nano mới của chúng tôi.”
Phó GS Wang đã phát triển một phương pháp mới để tạo ra cấu trúc nano trên graphene, có thể “bẫy” các hạt electron (điện tử) tạo ra bởi ánh sáng trong thời gian dài, qua đó chuyển hóa thành tín hiệu điện tử mạnh hơn. Những tín hiệu điện tử này sau đó sẽ được xử lý thành hình ảnh, giống như các bức ảnh được chụp bởi máy ảnh số. “Những electron bị bẫy” chính là chìa khóa để tạo mức đáp ứng hình ảnh cao trong graphene, chính là ưu thế khiến cho nó trở nên hiệu quả hơn hẳn các cảm biến CMOS, CCD thông thường. Về cơ bản, càng tạo ra tín hiệu điện tử mạnh bao nhiêu, thì hình ảnh thu được càng rõ và sắc nét hơn bấy nhiêu.
Ông Wang cho biết “Hoạt động của cảm biến graphene vẫn còn có thể được nâng cao trong tương lai, ví dụ nâng cao tốc độ phản ứng. Mặc dù cấu trúc nano của graphene và các kết quả sơ bộ đã cho thấy tính khả thi trong mô hình của chúng tôi”.
Luận văn của nhóm sẽ được đăng tải trên tạp chí Nature Communications.
** Phụ lục**
1. Graphene cấu trúc nano
Như đã giới thiệu trong một số bài trước (link), Graphene là loại vật liệu tổng hợp từ carbon tinh với các hạt nguyên tử được sắp xếp theo hình lục giác đều. Có thể nói nó là một lớp than khoáng mỏng chỉ cỡ một nguyên tử. Kích thước này nhỉ hơn hàng triệu lần so với sợi tóc dày nhất của người. Graphene có tính dẫn điện cao và rất nhẹ, một tấm graphene có kích thước 1 mét vuông chỉ nặng có 0.77 mg.
2. Camera ISO
Tại sao công nghệ này lại gây thích thú cho cả ngành công nghiệp nhiếp ảnh ? Camera ISO (hay chỉ số ISO của máy ảnh) là một trong ba cột trụ của ngành nhiếp ảnh (2 cột trụ còn lại là khẩu độ và tốc độ chập, đóng màn chập). Để cho dễ hiểu, thì ISO là mức độ nhạy sáng của cảm biến hình ảnh trong máy ảnh của bạn đối với ánh sáng hiện có.
Phần lớn người sử dụng thường không bao giờ chỉnh sửa chỉ số ISO trong máy ảnh của họ. Lý do là vì, về mặt cơ bản, khi giảm chỉ số ISO, sẽ làm giảm độ nhạy sáng của máy ảnh và tạo ra hình ảnh với chất lượng cao hơn. Ngược lại, khi tăng chỉ số ISO, thì máy ảnh sẽ có thể thu dược hình ảnh trong điều kiện thiếu sáng hơn mà không cần dùng flash (đèn chớp). Tuy nhiên, độ nhạy sáng cao thường đi kèm với tình trạng hạt (hoặc có thể gọi là “nhiễu”) trên hình ảnh.
Đương nhiên, không phải lúc nào bức ảnh bị hạt cũng là xấu, chúng ta vẫn thường thấy các nhiếp ảnh gia sử dụng chúng một cách điêu luyện trong các bức ảnh đen trắng. Thế nhưng, giả sử bạn là một nhiếp ảnh gia thể thao, và đang tác nghiệp ở một sân vận động thiếu sáng chả hạn. Để làm các động tác dường như đóng băng lại, bạn cần phải chụp ở khẩu độ rộng ( f2.8 hoặc thấp hơn) và cố gắng giữ tốc độ cửa chập ở trên 500. Cách duy nhất bạn có thể làm đó là chấp nhận tăng ISO và sống chung với lũ (tức là chấp nhận những bức ảnh đầy hạt). Thế nhưng với cám biến graphene, bạn sẽ không cần phải nâng ISO trong trường hợp thiếu sáng nữa.
Canon và Nikon, hai hãng sản xuất máy ảnh hàng đầu thế giới vẫn luôn cạnh tranh với nhau nhằm đạt được chỉ số ISO cao nhất mà vẫn giảm thiểu tối đa lượng hạt xuất hiện trong bức ảnh, chắc chắn sẽ không bỏ qua công nghệ này.
Người dịch: Trungmaster, theo Gizmag
Link luận văn : http://www.nature.com/ncomms/journal/v4/n5/full/ncomms2830.html
