สเปกโตรมิเตอร์ถ่ายภาพจะบางลง

สเปกโตรมิเตอร์การถ่ายภาพแบบใหม่ที่เพรียวบางซึ่งพัฒนาขึ้นโดยนักวิจัยจากสถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์ (MIT) ในสหรัฐอเมริกา มีประสิทธิภาพเช่นเดียวกับอุปกรณ์ที่ล้ำสมัยที่สุดในขณะที่มีขนาดกะทัดรัดกว่ามาก ด้วยขนาดที่เล็กลง เครื่องมือนี้สามารถตรวจจับระยะไกลจากยานพาหนะทางอากาศ เช่น โดรนหรือดาวเทียม และอาจกลายเป็นส่วนประกอบในภารกิจอวกาศในอนาคต

การถ่ายภาพสเปกโตรมิเตอร์ที่ทำงาน

ในบริเวณที่มองเห็นได้ ใกล้ และคลื่นสั้นอินฟราเรด (VNIR/SWIR) ของสเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้านั้นถูกนำไปใช้เป็นประจำในการศึกษาวิทยาศาสตร์บรรยากาศ นิเวศวิทยา ธรณีวิทยา เกษตรกรรม และป่าไม้ พวกมันทำงานโดยการบันทึกชุดของภาพโมโนโครม จากนั้นจึงวิเคราะห์สเปกตรัมของภาพในพื้นที่ที่กำหนด ข้อดีอย่างหนึ่งของพวกเขาเหนือกล้องแบบดั้งเดิมคือ สามารถควบคุมความคลาดเคลื่อนของสี (ภาพเบลอหรือความผิดเพี้ยน) ที่เกิดขึ้นได้ดีมาก เนื่องจากแสงกระจายไปทั่วบริเวณพื้นที่แทนที่จะโฟกัสไปที่จุดใดจุดหนึ่ง พวกเขายังมีอัตราส่วนสัญญาณต่อสัญญาณรบกวนสูง อย่างไรก็ตาม อุปสรรคคืออุปกรณ์ปัจจุบันค่อนข้างเทอะทะ ซึ่งหมายความว่าอุปกรณ์เหล่านี้ไม่สามารถนำไปใช้กับดาวเทียมขนาดเล็กหรือโดรนได้

ปริมาตรเล็กลง 11 เท่านักวิจัยที่นำโดยRonald Lockwoodได้พัฒนาสเปกโตรมิเตอร์ขนาดเล็กที่มีปริมาตรเพียง 350 ซม. 3 ซึ่งน้อยกว่าหนึ่งในสิบของขนาดเครื่องมือมาตรฐาน อุปกรณ์ใหม่รุ่นหนึ่ง ซึ่งรู้จักกันในชื่อ “Chrisp” คอมแพค VNIR/SWIR Imaging Spectrometer (CCVIS) มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 8.3 ซม. และยาว 7 ซม.

เพื่อลดขนาดอุปกรณ์ Lockwood และเพื่อนร่วมงานใช้ส่วนประกอบออปติคัลที่เรียกว่าเลนส์ catadioptric ซึ่งประกอบด้วยวงเดือนเว้าที่มีการเคลือบสะท้อนแสงที่ด้านหลัง เลนส์ทำหน้าที่เป็นกระจกเว้าที่แก้ไขความโค้งของสนาม Petzval ของสเปกโตรมิเตอร์ (นั่นคือ ความคลาดเคลื่อนทางแสงที่ป้องกันไม่ให้วัตถุถูกโฟกัสอย่างเหมาะสม) 

เนื่องจากมันรวมองค์ประกอบสะท้อนแสง

และหักเหเป็นองค์ประกอบเดียว เลนส์จึงทำให้สเปกโตรมิเตอร์ควบคุมความคลาดเคลื่อนทางแสงได้อย่างมีประสิทธิภาพในปริมาณที่น้อยลงในการย่อขนาดอีกครั้ง นักวิจัยใช้ตะแกรงสะท้อนแสงแบบแบนพิเศษที่พวกเขาจุ่มลงในตัวกลางการหักเหของแสง แทนที่จะอยู่ในอากาศตามปกติ ตะแกรงแบนใช้พื้นที่น้อยกว่าตะแกรงนูนหรือเว้าทั่วไป แต่มีความละเอียดเชิงพื้นที่เท่ากัน และ Lockwood ตั้งข้อสังเกตว่าทำได้ง่ายกว่าตะแกรงโค้ง แม้ว่าตะแกรงแบบแบนสามารถทำได้โดยใช้เทคนิคการผลิตไมโครโฟโตลิโทกราฟิกสีเทาที่ต้องการการสัมผัสเพียงครั้งเดียว แต่ตะแกรงแบบโค้งนั้นต้องการการประมวลผลด้วยลำแสงอิเล็กตรอนที่เน้นแรงงานมาก เขาอธิบาย

ดีไซน์ใหม่เหมาะกับที่นั่งขนาดเล็กนักวิจัยได้ทดสอบอุปกรณ์ใหม่ของพวกเขาบนระบบตรวจจับระยะไกลทางน้ำที่ประกอบด้วย CCVIS หลายตัว (แต่ละตัวมีช่วงสเปกตรัม 380 ถึง 1050 นาโนเมตร) ที่ซ้อนกันอยู่ด้านหลังกล้องโทรทรรศน์อิสระ ชุดทั้งหมดจะพอดีกับแพลตฟอร์มดาวเทียมขนาดเล็ก (smallsat) ได้อย่างง่ายดาย และลักษณะการย่อขนาดของโมดูลสเปกโตรเมทรีหมายความว่าพวกเขาสามารถวางซ้อนกันในจำนวนที่มากขึ้นเพื่อเพิ่มมุมมองเพิ่มเติม Lockwood กล่าว ความกะทัดรัดของสเปกโตรมิเตอร์ยังช่วยให้เก็บรักษาที่อุณหภูมิคงที่ได้ง่ายขึ้น จึงมั่นใจได้ถึงประสิทธิภาพที่สม่ำเสมอ

Lockwood บอกPhysics Worldว่าอุปกรณ์ประเภทนี้สามารถติดตั้งบนแพลตฟอร์มดาวเทียมโคจรรอบโลกต่ำเพื่อทำแผนที่ ตรวจสอบ และติดตามการเปลี่ยนแปลงในระบบนิเวศของระบบน้ำชายฝั่งและในบกจากระดับความสูง 500 กม. การวัดดังกล่าวจะมีประโยชน์สำหรับโครงการต่างๆ เช่น Decadal Surveyของสภาวิจัยแห่งชาติสหรัฐฯซึ่งมีจุดมุ่งหมายเพื่อประเมินลักษณะและสุขภาพของพืชพรรณบนบกและระบบนิเวศทางน้ำ เขาอธิบาย 

การสำรวจเช่นนี้มีความสำคัญต่อการทำความเข้าใจ

ผลที่ตามมา เช่น ผลผลิตพืชผล การดูดซึมคาร์บอน และความหลากหลายทางชีวภาพสเปกโตรมิเตอร์ตามอวกาศเข้าสู่การอภิปรายตลอดอายุการใช้งานของนิวตรอน”การทดลองในห้องปฏิบัติการและภาคสนาม แม้ว่าจะควบคู่ไปกับแบบจำลองเชิงตัวเลข ก็ไม่สามารถหาปริมาณกระบวนการของระบบนิเวศด้วยความละเอียดเชิงพื้นที่และสเปกตรัมที่เพียงพอ” เขากล่าว “การวัดขอบเขตที่อยู่อาศัยและการกระจายเชิงพื้นที่ และการสังเกตการเปลี่ยนแปลงในปริมาณเหล่านี้สามารถทำได้ 

โดยการตรวจจับลายเซ็นสเปกตรัมของ ‘ชนิดของรากฐาน’ (เช่น ทุ่งหญ้าทะเล แนวปะการัง พืชที่โผล่ออกมาและบนบก) โครงสร้างและสภาพแวดล้อมของพวกมัน โดยใช้เครื่องสเปกโตรมิเตอร์ขนาดกะทัดรัดแบบของเรา”

นักวิจัยซึ่งรายงานงานของพวกเขาในApplied Opticsกำลังวางแผนที่จะแสวงหาเงินทุนจาก NASA เพื่อพัฒนาต้นแบบเต็มรูปแบบที่พวกเขาสามารถทดสอบกับยานพาหนะในอากาศจริงได้ “นี่เป็นความท้าทายเสมอเนื่องจาก NASA ได้รับข้อเสนอดีๆ มากมาย แต่ CCVIS ของเราใช้ได้กับภารกิจทั้งบนบกและบนดาวเคราะห์อย่างแน่นอน” Lockwood กล่าว

“โรโบฟิช”ปลาหุ่นยนต์ของนักวิจัยมีความยาว 45 ซม. น้ำหนัก 0.8 กก. แต่ละตัวมีเซอร์โวมอเตอร์แบบเรียงตามลำดับสามตัวที่เชื่อมต่อกับข้อต่อที่หุ้มด้วยหนังยางที่อ่อนนุ่ม กันน้ำ และควบคุมโดยใช้ “ตัวสร้างรูปแบบกลาง” ที่ช่วยให้หุ่นยนต์สามารถเลียนแบบคลื่นของปลาจริงได้

ตลอดการทดลอง 10 080 ครั้ง (คิดเป็น 120 ชั่วโมงของเวลาว่ายน้ำ) นักวิจัยได้เฝ้าสังเกตพฤติกรรมของ “ปลาโรโบฟิช” เมื่อวางไว้ในระยะห่างที่ต่างกันจากปลาโรโบฟิช “ตะกั่ว” พวกเขาพบว่าปลาที่จับคู่กันใช้พลังงานน้อยกว่าปลาที่โดดเดี่ยวมาก เนื่องจากผู้ติดตามจะปรับหางให้เข้ากับกระแสน้ำวนที่ผู้นำหลั่งออกมา การจับคู่เกิดขึ้นโดยมีการหน่วงเวลาที่แตกต่างกันไปตามระยะทาง: เมื่อผู้ติดตามปลาอยู่ข้างผู้นำ เสียงก้องจะซิงโครไนซ์ แต่เมื่อผู้ติดตามอยู่ข้างหลัง เสียงก้องของมันจะขาดการซิงโครไนซ์ โดยมีการดีเลย์ที่เพิ่มขึ้นยิ่งห่างออกไป ได้รับ

Credit : brewguitarduo.com buckeyecountry.net buickturboperformance.com bushpain.com capemadefieldguide.org