Учёные из Кембриджа и стартап GlitterinTech представили новый оптический спектрометр, который стоит всего около $10 и обещает перенос лабораторной точности в носимые мониторинг здоровья и другие сферы — от тестирования пищи до контроля качества и экологического мониторинга. По заявлению разработчиков, устройство весом и размером с небольшое электроприборное решение может быть внедрено в портативные гаджеты и носимую электронику, обеспечивая измерения в реальном времени и расширяя спектр применений до грамотного выявления материалов и изменений в химическом составе. источники подчёркивают многообещающий диапазон применения, включая медицинские маркеры, контроль материалов и экологические задачи. [источник 0, источник 1]

Суть инновации — конволюционный подход к спектрометрии. В отличии от классических подходов, которые разделяют свет на длины волн или строят спектр через сложные вычисления после анализа, новый прибор напрямую выполняет математическую операцию свёртки в оптическом канале. Для этого в устройстве применяют повторяющиеся оптические паттерны и компоненты вроде несимметричных интерферометров или микроринг-резонаторов; их настраивают пропорционально друг другу, чтобы управлять реакцией системы на разные длины волн, после чего спектр восстанавливается с помощью быстрого преобразования Фурье. Эти принципы позволяют сохранить компактность и снижать вычислительные затраты. [источники 3,5,6,7]

Устройство построено на кремниево-нитридной фотонной платформе и интегрировано с собственной электроникой. Оно работает в широком диапазоне ближнего инфракрасного спектра (примерно 1200–1700 нм) и может собирать и обрабатывать данные менее чем за секунду. Кроме того, дизайн позволяет расширять возможности измерений без крупных изменений аппаратной части: повторяющиеся оптические паттерны теоретически позволяют неограниченно увеличивать спектральную полосу пропускания, а добавление новых компонентов — повышать разрешение экспоненциально. [источники 8,9,10,12]

Пользовательские тесты на разнообразных материалах продемонстрировали потенциал спектрометра в областях, где ранее требовались крупные и дорогие лабораторные приборы. При идентификации пластиков, фармацевтики, кофе, муки и чая устройство достигло 100% точности классификации в испытаниях, а точности измерений в водной и органической средах составили около 0,01%, превосходя по ряду параметров коммерческие настольные спектрометры. Особенно впечатлили демонстрации в медицине: в условиях, близких к реальной физиологии, прибор точно измерял такие биомаркеры, как влажность кожи, алкоголь в крови, лактат и глюкозу. В одном участнике зафиксирована неинвазивная непрерывная выдача данных о глюкозе за продолжительный период — намечен путь к мониторингу сахара без проколов кожи, хотя для коммерческого продукта требуются дополнительные испытания. [источники 12,13,14,15,16]