读者可能还记得新闻故事从2021年3月开始，从螳螂虾的眼睛中获取高光谱成像传感器的灵感。现在，另一个研究小组又从彩色虾身上获得了灵感，开发出了一种微型近红外传感器。
虽然人眼令人印象深刻，但它远不是最先进的自然光传感器。埃因霍温理工大学光子学和半导体纳米物理小组的博士研究员Kaylee Hakkel说:“螳螂虾的眼睛有16种不同类型的细胞，它们对紫外线、可见光和近红外(NIR)光很敏感。”“测量红外光谱对于工业和农业应用来说是最有趣的，但有一个主要问题——目前的近红外光谱仪太大太贵了。”
哈克尔和她的合作者通过开发一种可以安装在小芯片上的近红外传感器解决了这个问题。就像螳螂虾的眼睛一样，它有16个不同的传感器，但它们都对近红外很敏感。“在保持低成本的同时实现传感器的小型化是一项重大挑战。因此，我们设计了一种新的晶圆级制造工艺来实现这一目标。它的成本很低，因为我们可以同时生产多个传感器，而且它现在已经准备好用于现实世界的实际应用。”“传感器芯片很小，甚至可以嵌入未来的智能手机中。”
ChipSense芯片。埃因霍温理工大学提供。
应用物理系和埃因霍温亨德里克卡西米尔研究所的研究负责人安德里亚·菲奥雷对他们研究团队的工作感到高兴。“多年来，我们一直在研究这项技术。现在我们已经成功地将光谱传感器集成到芯片上，同时还解决了另一个关键问题——有效利用数据。”
通常，当传感器测量光时，产生的信号用于重建材料的光谱。然后使用传感算法来分析数据。在这种新方法中，研究人员表明不需要光谱重建步骤。换句话说，传感器产生的信号可以直接发送给分析算法。Fiore指出:“这大大简化了设备的设计要求。”
正如同样在这家初创公司工作的Maurangelo Petruzzella所解释的那样，有了传感器，研究人员在一系列实验中对传感器进行了测试MantiSpectra。“我们使用传感器来测量包括牛奶在内的许多材料的营养特性。我们的传感器在预测牛奶中的脂肪含量方面提供了与传统光谱仪相当的准确性。然后我们用传感器对不同类型的塑料进行分类。”
“除了这些应用之外，我们预计这种传感器还可以用于个性化医疗保健、精准农业(例如监测水果和蔬菜的成熟度)、过程控制和芯片实验室测试。我们现在有一个基于这项技术的完整的开发工具包，SpectraPod™，公司和研究机构正在使用它来构建他们的应用程序。Petruzzella补充说:“这种传感器甚至可以在未来的智能手机中普及，这意味着人们可以在家里使用它来检查食物的质量或检查他们的健康状况。”
在获得博士学位后，Hakkel将加入Petruzzella的初创公司MantiSpectra，在那里他们将开发更多实际应用的传感器。“我很高兴能与MantiSpectra一起开始下一阶段的传感器开发工作。这种传感器可以为更清洁的环境做出贡献，解决食物浪费问题，这些应用对每个人都很重要。”
