研究人员已经开发出一种极薄的芯片级分光计适合嵌入式应用程序。的氮化镓芯片上还可以承受严酷的环境,严重的辐射,如太空探索,或那些有高温和可以适应做血液分析通过光投射到皮肤上。它测量0.16毫米2。
“作为一个可穿戴设备,我们就能把我们的设备在柔性衬底上,如表或织物或也许在皮肤”,博士研究员大号萨瓦尔说。
原型光光谱仪由萨瓦尔和pc Ku教授的团队的其他成员最初开发具有特定目的:衡量一个运动员的汗水在一个设备可以穿皮肤补丁。这个应用程序是由密歇根大学的运动和体育科学项目(ESSI)。该设备不需要持续很长时间;事实上,一次性加。让这些设备还需要极端的市场上可用的当前设备小型化。它还将需要创建一个设备,可以在实时变化的条件下工作。
Ku,和他们的团队的挑战创造一个装置,可以实现ESSI的目标,并创建了一个微型、低功耗、集成设备,在波长400 - 645纳米的范围。团队的光谱仪只包含16个光电探测器,每个响应一个独特的光的光谱。这种低数量的光电探测器是通过两个关键技术。首先,研究小组利用应变工程在氮化镓(GaN)的光谱编码器。应变工程技术使用,例如,在半导体制造的材料是强调或变形。做得对,它会导致新材料属性更适合特定的应用程序。氮化镓半导体被选为基本材料因其优异的光学特性在整个可见光谱。
期望的结果,极大地降低了依赖光线的角度完成,消除需要精确定位的光谱仪和相关的光学。它还允许光电探测器驻留在光谱编码器在同一芯片上。
第二,团队把机器学习到设备的操作以解码探测器发出的信号。博士研究员可以雅苒使用一个简单的非负最小二乘(NNLS)算法,使一个有效的计算算法恢复从探测器光谱信息的信号。在性能方面,设备高度准确确定峰值波长(标准差为0.97%),但不准确测量强度比率在不同峰值位置(标准差为21.1%,或10.4%后删除一个例外)。阅读的团队期望强度比率通过提高光电探测器的数量,可以提高和进一步发展的机器学习算法,如通过应用深度学习技巧。他们也在研究其他一些增强原型光谱仪。
“我们的目标不是建立世界上最好的光谱仪的分辨率”,谷说,“但关注其他方面一样令人兴奋的如果不是更多:大小,厚度,功耗和易于操作。”
在未来的应用方面,萨瓦尔说,这种微型光谱仪可以内置一块皮肤健康监测和诊断。优势将会在现有的设备是激发光源也可以轻松集成。氮化镓半导体的辐射硬度也使得该设备可能适合太空探索。
