Khi một phản ứng hóa học xảy ra, hai hoạt chất kết hợp với nhau thì sẽ tạo ra một loại màu sắc cụ thể dưới ánh mặt trời. Vì vậy, bằng cách đánh giá màu sắc của đối tượng, vật liệu, môi trường có thể xác định được những hợp chất có mặt bên trong nó. Nhưng không may là nhiều màu sắc nằm ngoài ba dải t...
Khi một phản ứng hóa học xảy ra, hai hoạt chất kết hợp với nhau thì sẽ tạo ra một loại màu sắc cụ thể dưới ánh mặt trời.
Vì vậy, bằng cách đánh giá màu sắc của đối tượng, vật liệu, môi trường có thể xác định được những hợp chất có mặt bên trong nó. Nhưng không may là nhiều màu sắc nằm ngoài ba dải tần của ánh sáng (đỏ, xanh lá cây, xanh dương) nên không thể nhìn thấy bằng mắt thường. Trong khi đó, thiết bị phân tích quang phổ có thể phát hiện phạm vi rộng hơn của ánh sáng, nhưng nó khá cồng kềnh và thường nằm trong phòng thí nghiệm, mẫu vật phải được vận chuyển đến. Nay, một nhà khoa học thuộc Đại học Tel Aviv, Israel (TAU) đã chế tạo được loại cảm biến di động siêu quang phổ, có thể “nhìn thấy” hơn 1.000 loại màu sắc khác nhau. Điều này giúp chúng ta có thể dễ dàng phát hiện ô nhiễm ở đúng vị trí đang xảy ra theo thời gian thực.
Siêu cảm biến quang phổ này có khả năng xử lý thông tin mạnh hơn 300 lần so với bộ não người và có thể thực hiện ở nhiều khoảng cách khác nhau. Giáo sư Eyal Ben-Dor, cha đẻ của phát minh trên, cho biết siêu cảm biến có thể đọc và phân tích ánh sáng phản xạ trong phạm vi từ 30cm đến 805km. Điều này giúp nó không chỉ làm việc trên mặt đất mà có thể đặt nó trên máy bay không người lái, khí cầu thời tiết, vệ tinh. Thậm chí nó còn có thể kết hợp với viễn vọng kính nên các nhà thiên văn học có thể sử dụng để xác định nội dung bầu khí quyển của hành tinh khác.
Trước mắt thì Ben-Dor cho biết nó được dùng để khảo sát trên đất liền và trên biển để xác định chất gây ô nhiễm, đặc biệt là quanh các ống dẫn khí, trong môi trường nông nghiệp, các bến du thuyền… Tóm lại là bất kỳ nơi nào có thể xảy ra ô nhiễm. Về lâu dài, cảm biến của TAU được sử dụng để đo cường độ của bê tông, xác định độ ô nhiễm bụi trong nhà cùng các ứng dụng ở những lĩnh vực khác như y học, dược học, công nghiệp may.
Mỗi phản ứng hóa học đều có thể tạo ra một màu sắc riêng khi các hoạt chất kết hợp dưới ánh sáng mặt trời, mở ra cách nhận diện những hợp chất hiện diện trong vật chất hoặc môi trường.
Từ nguyên lý đó, việc quan sát màu sắc có thể giúp con người đánh giá thành phần hóa học của đất, nước, vật liệu và nhiều đối tượng khác trong tự nhiên.
Tuy nhiên, mắt người chỉ nhận biết thuận tiện ba dải màu đỏ, xanh lá cây và xanh dương, trong khi không ít tín hiệu quan trọng lại nằm ngoài giới hạn thị giác thông thường.
Thiết bị phân tích quang phổ giải quyết hạn chế này bằng khả năng phát hiện phạm vi ánh sáng rộng hơn đáng kể so với mắt người.
Nhược điểm lớn nằm ở kích thước cồng kềnh, điều kiện vận hành thường gắn với phòng thí nghiệm và yêu cầu đưa mẫu vật từ hiện trường về nơi phân tích.
Cách làm đó khiến kết quả không luôn xuất hiện ngay tại địa điểm ô nhiễm, đồng thời có thể làm chậm quá trình xác định và xử lý nguồn gây hại.
Một nhà khoa học thuộc Đại học Tel Aviv, Israel, gọi tắt là TAU, đã chế tạo cảm biến di động siêu quang phổ nhằm đưa năng lực phân tích đến gần hiện trường hơn.
Thiết bị mới có thể “nhìn thấy” hơn 1.000 loại màu sắc khác nhau, kể cả những màu nằm ngoài ba dải ánh sáng quen thuộc với thị giác con người.
Nhờ vậy, người sử dụng có thể phát hiện dấu hiệu ô nhiễm ngay tại nơi sự việc đang diễn ra, thay vì chờ mẫu được chuyển về phòng thí nghiệm.
Siêu cảm biến quang phổ này còn gây chú ý nhờ khả năng xử lý thông tin mạnh hơn 300 lần so với bộ não người theo thông tin được công bố.
Năng lực ấy cho phép thiết bị phân tích các tín hiệu ánh sáng phức tạp, nhận diện khác biệt giữa nhiều loại màu và hỗ trợ đánh giá thành phần môi trường.
Quan trọng hơn, cảm biến không chỉ hoạt động trong một khoảng cách cố định mà có thể đọc dữ liệu từ những vị trí rất gần hoặc rất xa.
Giáo sư Eyal Ben-Dor, người được xem là cha đẻ của phát minh, cho biết cảm biến có thể đọc và phân tích ánh sáng phản xạ trong phạm vi từ 30cm đến 805km.
Khoảng cách rộng này giúp thiết bị hoạt động trên mặt đất, đồng thời mở đường cho việc tích hợp vào máy bay không người lái và khí cầu thời tiết.
Cảm biến cũng có thể được đặt trên vệ tinh, qua đó hỗ trợ theo dõi những khu vực rộng lớn mà phương pháp khảo sát trực tiếp khó bao quát nhanh chóng.
Khả năng quan sát từ xa còn tạo ra hướng ứng dụng đặc biệt trong thiên văn học, khi cảm biến có thể kết hợp với kính viễn vọng để nghiên cứu các hành tinh khác.
Các nhà thiên văn học khi đó có thể sử dụng dữ liệu ánh sáng phản xạ nhằm xác định thành phần trong bầu khí quyển của những thế giới nằm ngoài Trái đất.
Dù vậy, hướng sử dụng trước mắt vẫn tập trung vào những vấn đề thiết thực hơn, đặc biệt là khảo sát ô nhiễm trên đất liền và trên biển.
Theo Ben-Dor, cảm biến được định hướng phát hiện chất gây ô nhiễm quanh các đường ống dẫn khí, trong môi trường nông nghiệp và tại những bến du thuyền.
Danh sách này không giới hạn ở vài địa điểm cụ thể, bởi thiết bị có thể được triển khai tại bất kỳ khu vực nào có nguy cơ phát sinh ô nhiễm.
Việc đo trực tiếp tại hiện trường giúp người phụ trách nhanh chóng khoanh vùng vấn đề, thay vì chỉ nhận được bức tranh gián tiếp từ những mẫu đã vận chuyển đi.
Về lâu dài, cảm biến của TAU còn được kỳ vọng hỗ trợ đo cường độ bê tông và xác định mức độ ô nhiễm bụi trong không gian nhà ở.
Những ứng dụng tiềm năng khác được đề cập trong y học, dược học và công nghiệp may, nơi thông tin quang phổ có thể phục vụ nhiều nhu cầu kiểm tra khác nhau.
Từ một thiết bị phát hiện ô nhiễm di động, công nghệ này đang mở rộng cách con người quan sát vật chất, môi trường và những tín hiệu ánh sáng vốn trước đây mắt thường không thể nhận ra.
