Il monitoraggio della qualità dell’aria è una questione importante per la salute pubblica. Sebbene i fitness tracker indossabili possano monitorare molti parametri sanitari, l’accesso ai dati sulla qualità dell’aria rimane limitato. I fisici dell’ARC (Centro di eccellenza per i sistemi meta-ottici trasformativi) stanno lavorando a una soluzione innovativa: microspettrometri a infrarossi portatili che potrebbero essere integrati in dispositivi portatili.
Questa nuova tecnologia, sviluppata dal team dell’Università di Melbourne, utilizza a algoritmo di apprendimento automatico E array di filtri spettrali sulla metasuperficie creare un microspettrometro (MIMM) in grado di rilevare la firma infrarossa unica di più gas utilizzando un unico sensore.
Il prototipo, attualmente delle dimensioni di una scatola di fiammiferi, ha il potenziale per essere ancora più miniaturizzato. Gli spettrometri a infrarossi tradizionali sono eccellenti rilevatori di gas, ma sono ingombranti e solitamente riservati ai laboratori. Gli attuali rilevatori multigas portatili sono composti da diversi sistemi di sensori ingombranti in un unico alloggiamento, il che ne limita l’utilità.
Filtri sulla metasuperficie per una miniaturizzazione efficiente
Un filtro sulla metasuperficie integrato in un rilevatore IR standard risolve i problemi di miniaturizzazione creando sensori da materiali spessi solo pochi nanometri. I ricercatori di TMOS hanno creato una serie di filtri spettrali sulla metasuperficie per creare un sensore in grado di rilevare tutti i gas nocivi.
La matrice di filtri è costituita da nanostrutture metalliche su un substrato di silicio. Variando la periodicità delle nanostrutture, le caratteristiche spettrali di questi filtri possono essere sintonizzate sulla lunghezza d’onda di interesse. In questo studio ne hanno dimostrato l’efficacia con anidride carbonica, metano, ammoniaca e metiletilchetone.
Verso un’applicazione ad altri problemi di rilevamento chimico
Secondo Jiajun Meng, autore principale dello studio, “il microspettrometro è un array di filtri sulla metasuperficie integrato in una telecamera IR commerciale, compatta (~1 cm3) e leggera (~1 g). L’algoritmo di apprendimento automatico è addestrato per analizzare i dati del microspettrometro e prevedere i gas presenti.»
Kenneth Crozier, capo ricercatore del TMOS, aggiunge: “I prossimi passi della ricerca consistono nell’aumentare la sensibilità del dispositivo e nel rendere la piattaforma più robusta. Siamo entusiasti di questa tecnologia perché, con un po’ più di sviluppo, può essere applicata a molti altri problemi di rilevamento chimico (ad esempio, solidi e liquidi).»
Articolo: “Sistema intelligente di rilevamento del gas con microspettrometro per metasuperficie nel medio infrarosso” – DOI: https://www.nature.com/articles/s41378-024-00697-2
