Un gruppo di scienziati ha sviluppato un sistema di rilevamento in grado di migliorare l’accuratezza del riconoscimento facciale e delle attività umane, anche attraverso ostacoli come nebbia, fumo o camuffamento.
I rivelatori a singolo fotone (Single-Photon Detectors, SPD) sono componenti fondamentali in molte delle tecnologie fotoniche emergenti, dal quantum sensing alle telecomunicazioni ottiche.
Sebbene il rilevamento di singoli fotoni nel visibile e nel vicino infrarosso (400-1060 nm) sia consolidato grazie ai dispositivi al silicio (Si), i rivelatori per lunghezze d’onda maggiori, come i superconducting nanowire single-photon detectors (SNSPD) a 1550 nm, sono ancora in evoluzione. Il campo sta ricevendo grande impulso per gli utilizzi nella sicurezza, in ambito militare e per le telecomunicazioni quantistiche con fibra ottica monomodale, operanti intorno a 1300 nm e 1550 nm.
Rilevanti miglioramenti sono stati raggiunti da un team di ricerca formato dal gruppo Single-Photon dell’Università Heriot-Watt di Edimburgo, in Scozia, guidato dall’esperto di fotonica quantistica professor Gerald Buller, insieme a diverse organizzazioni internazionali, tra cui il Jet Propulsion Laboratory (JPL) della NASA presso l’Istituto di Tecnologia della California (Caltech), il Massachusetts Institute of Technology (MIT) e la facoltà d’Ingegneria James Watt dell’Università di Glasgow, Scozia.
Gli scienziati affermano che il loro sistema avanzato di telerilevamento basato su luce (LiDAR) è capace di generare immagini tridimensionali (3D) high-res con un’efficienza doppia rispetto a LiDAR analoghi (sviluppati da altri gruppi di ricerca) e con una risoluzione dell’immagine almeno dieci volte superiore.
L’autore principale dello studio, Dr. Aongus McCarthy specialista in progettazione ottica e optomeccanica presso l’Institute of Photonics and Quantum Sciences (IPaQS) dell’Università Heriot-Watt, ha dichiarato che le sperimentazioni dimostrano lo straordinario potenziale di questo metodo su lunghe distanze, in condizioni di luce diurna o in assenza di luce.
Ad esempio, se una persona si trova dietro una rete mimetica, il sistema determina se stia usando un telefono cellulare, tenendo in mano un oggetto o semplicemente restando immobile.
Il progresso chiave è stato quello di perfezionare la precisione nella misurazione del tempo di volo di un impulso laser, ossia il tempo impiegato dalla luce per raggiungere l’oggetto e ritornare, con un’accuratezza di circa 13 picosecondi, un picosecondo equivale a un milionesimo di miliardesimo di secondo.
Test
I ricercatori hanno effettuato delle prove su tre obiettivi che potevano vedere dal tetto del loro laboratorio, a 45 metri, a 325 metri e con un’antenna radio situata ad un chilometro.
Il coautore della ricerca, Gregor Taylor, si è prestato a farsi scansionare la testa nelle prime due distanze.
Impieghi
Il dottor McCarthy ritiene fattibile estendere la portata a soggetti ancora più lontani per verificare la capacità di riconoscere, ad esempio, tipologie di veicoli a 10 chilometri. La ricerca in questo modo amplierebbe la propria ricaduta economica in ambito militare dove è prioritario distinguere carri armati o altri mezzi a grandi distanze, ma non solo.
L’innovazione apre nuove prospettive anche nel monitoraggio ambientale per osservare il movimento di edifici o pareti rocciose, consentendo la valutazione di cedimenti strutturali o pericoli geologici.
Caratteristiche SSPD
I rivelatori superconduttori di singolo fotone (Superconducting Single Photon Detector) sfruttano nanofili superconduttori e sono adatti a diverse applicazioni grazie a tempi di risposta dell’ordine dei picosecondi, bassi conteggi di buio (dark count rate) e ridotte fluttuazioni temporali di risposta (jitter).
Il rilevatore deve essere raffreddato a una temperatura estremamente bassa, pari a circa -272 gradi Celsius (1 Kelvin), per diventare superconduttore e la resistenza elettrica si annulli, fino a quando un fotone di luce lo colpisce.
Un componente indispensabile della ricerca è stato lo speciale refrigeratore criogenico (cryocooler), progettato e realizzato dal gruppo di Quantum Sensors del Professor Robert Hadfield, della James Watt School of Engineering dell’Università di Glasgow.
Vantaggi
Uno delle principali prerogative della tecnologia è la capacità d’indicare con esattezza le distanze anche in pieno giorno, riducendo l’interferenza della luce solare diffusa che solitamente compromette le misurazioni. Questo è possibile grazie all’impiego di una lunghezza d’onda laser (1550 nanometri) superiore a quella percepibile dall’occhio umano che diminuisce il rumore di fondo della luce diurna.
Un ulteriore vantaggio è la potenza laser ridotta i cui raggi non presentano rischi per la vista, indipendentemente dalla distanza di osservazione.
In base a quanto dichiarato dall’équipe scientifica, l’affermazione è plausibile perché il laser opera nel vicino infrarosso (NIR) che è meno dannoso per la retina rispetto alle lunghezze d’onda nel visibile (380 / 780 nm). La radiazione viene assorbita principalmente dalla cornea e dal cristallino. Inoltre, il sistema utilizza impulsi ultracorti (~13 picosecondi), riducendo la dose totale di energia che raggiunge l’occhio.
Lo studio è stato pubblicato sulla rivista Optica.
RIPRODUZIONE RISERVATA – © 2025 SHOWTECHIES – Quando la Tecnologia è spettacolo™ – E’ vietata la riproduzione e redistribuzione, anche parziale, dell’articolo senza autorizzazione scritta. Se desideri riprodurre i contenuti pubblicati, contattaci.
Immagini: Heriot-Watt University
Commenta per primo