微小晶片：為日常裝置帶來光譜感測新可能

想像一下，智慧型手機能夠診斷疾病、檢測偽藥，或是警示食物是否腐壞。光譜感測是一項強大的技術，它透過分析物質與光的互動作用來識別物質，揭示出人眼難以察覺的細節。

傳統上，這項技術需要龐大且昂貴的系統，通常僅限於實驗室和工業應用。但要是能將這種能力微型化，使其能夠裝進智慧型手機或可穿戴裝置中，那會如何呢？

芬蘭阿爾託大學的研究人員將微型化硬體與智慧演演算法相結合，創造出了一種強大的工具。它體積小巧、成本效益高，並且能夠解決諸如醫療保健、食品安全和自動駕駛等領域的實際問題。該研究成果發表在《科學進展》期刊上。

研究主持人暨教授孫志培解釋道：「這就如同藝術家訓練眼睛去分辨數百種微妙的色彩一樣，我們的裝置經過『訓練』，能夠識別人眼無法察覺的複雜光譜特徵，達到與實驗室中常見的大型感測器相媲美的精準度。」

與傳統的光譜感測器不同，傳統感測器需要稜鏡或光柵等大型光學元件，而這種感測器透過對光的電學反應實現光譜區分，非常適合整合到小型裝置中。研究人員展示了它能夠直接根據物質的發光來識別物質，包括有機染料、金屬、半導體和介電質。

該研究的第一作者崔曉琦（近期於阿爾託大學透過博士論文答辯）表示：「我們創新的光譜感測方法簡化了物質識別和成分分析的難題。」這項卓越的創新將可調光電介面與先進演演算法相結合，為整合光子學及其他領域的應用開啟了新的可能性。

在訓練過程中，該裝置接觸了各種各樣的光色，使其能夠「學習」並為每種光生成獨特的電學指紋。然後，這些指紋由智慧演演算法進行解碼，使感測器能夠根據物質與光的互動作用準確識別物質並分析其特性。

該裝置尺寸僅為 5 微米乘以 5 微米，面積比人類頭髮的橫截面小 200 倍，卻能達到約 0.2 奈米的卓越峰值波長識別精度，使其能夠分辨數千種顏色。

這種感測器的核心是精心設計的光電介面，它能夠透過電壓調整精確控制電流。這種出色的可調性使感測器能夠以多種不同方式與光互動，產生「多維光響應」。

博士研究員兼共同第一作者費多爾・尼格馬圖林解釋說：「這項工作是將光譜識別技術普及到每個人手中的重要一步。透過將這種超小型硬體與智慧演演算法相結合，我們朝著微型、行動式光譜儀邁出了重要一步，有朝一日，它可能會改變消費性電子產品。」

憑藉其突破性的效能、可調性設計和多功能性，研究團隊希望這種微小的感測器能夠很快將先進光譜學的力量帶入我們日常使用的裝置中。