Influensa eller forkjølet? Ny teknologi kan hjelpe deg
Snart kan kanskje smarte dingser i hjemmet finne ut hva som feiler deg. Men teknologien er godt nytt for mye annet også.
Noen folk gjør så smarte og vanskelige ting at det ikke er helt lett å skjønne at det kan ha noe med deg og meg å gjøre. Da kan vi møte det med et skuldertrekk. Men da tar vi ofte feil, ser du.
For hva om du hadde en enkel dings hjemme som kunne fortelle deg hvorfor du føler deg så skral?
I løpet av kort tid kan denne dingsen sjekke om du har korona, eller influensa eller kanskje du rett og slett har diabetes uten at du visste det? Den finner det ut uten at du må gå til lege eller et laboratorium.
Mikroresonatorer laget av germanium. Disse kan ha mer å si for livet ditt i framtida enn du tror. Illustrasjon: NTNU
Mye mer presis mikroresonator
Denne dingsen kan bli virkelighet innen få år, og noen av dem som gjør det mulig å lage slike dingser er elektroingeniører.
Dingsene inneholder en sentral komponent som på engelsk kalles «whispering gallery mode microresonator». En «hviskende galleri-modus mikroresonator». Hvorfor så rart navn? Det finner du ut senere i saken.
Ny teknologi kan gi bedre optiske sensorer, som blant annet er viktig for elektronikk. Dette gjelder blant annet apparater som analyserer kjemikalier ved hjelp av lys.
Vår mikroresonator er omtrent 100 ganger bedre enn det som har vært tilgjengelig tidligere.
– Vi har laget den mest presise mikroresonatoren for det infrarøde spekteret som finnes av denne typen, sier forsker Dingding Ren ved Institutt for elektroniske systemer ved NTNU. Fordi det langbølgede infrarøde spekteret gir sikker informasjon om kjemikalier, gir det nye muligheter for applikasjoner som kan detektere dem.
Lagrer lyset bedre
Mer om hva en mikroresonator er kommer altså senere i saken. Men Dingding Ren og kollegene hans har altså utviklet en ny mikroresonator, som kan lagre lys med visse bølgelengder av lys mye lengre.
– Vår mikroresonator er omtrent 100 ganger bedre enn det som har vært tilgjengelig tidligere, sier Dingding Ren.
De kan nemlig holde igjen lyset 100 ganger lengre enn tidligere versjonen, som forsterker det optiske feltet og gjør analyser mye, mye lettere.
Ren og kollegene bidrar til å utvikle nye metoder for å lagre mikroresonatorer ved hjelp av nanoteknologi. Resultatene ble nylig publisert i Nature Communications.
Åpner opp for flere muligheter
Å lagre lysbølger i den infrarøde delen av lysspekteret mer effektivt er gode nyheter for flere typer ny teknologi. Dette gjelder spesielt for å oppdage partikler og identifisere ulike kjemikalier. For eksempel er gass eller væske for å sjekke om du har virus, bakterier eller andre uhumskheter.
For den nye mikroresonatoren betyr at forskere kan utvikle enda mer presise bredbånds frekvenskammer. Og hva kan nå de være?
Jo, frekvenskammer er optiske instrumenter som bruker flere lasere på en gang for å måle bølgelengder ekstremt nøyaktig. Disse finner du blant annet i GPSen din, i atomur og i fiberoptisk utstyr som vi bruker i for eksempel telefoner og datamaskiner. Det åpner altså også for å analysere flere kjemikalier om gangen, så lenge du også kan sjekke i den langbølgede infrarøde delen av spekteret.
– Teknologien er fremdeles i startfasen når det kommer til å måle i denne delen av det infrarøde spekteret. Men våre forbedringer vil i nær fremtid gjøre det mulig å identifisere flere ulike kjemikalier i sanntid, sier Ren.
Det hviskende galleriet i St. Pauls-katedralen i London. Foto: WIkimedia Commons, Femtoquake
Denne typen spektroskopimaskiner finnes allerede, men de er så store og dyre at bare sykehus og andre store aktører har råd til dem. Andre maskiner er litt enklere og billigere, men kan bare analysere noen få kjemikalier om gangen.
Dingding Ren har blant annet jobbet tett med professor David Burghoff og kollegaene hans ved University of Notre Dame i USA.
– Konkurransen er knallhard på dette området, sier Dingding Ren.
Den nye mikroresonatoren er laget ved å bruke grunnstoffet germanium. Materialet høres eksotisk ut, men ble blant annet brukt i verdens første transistor så tidlig som 1947 før silisium overtok det markedet.
Vi kan sammenligne mikroresonatoren med det som skjer med lyden i det hviskende galleriet i St. Pauls-katedralen i London.
I dag er germanium allerede hyppig brukt i optiske linser i sensorer og infrarøde kameraer, og er altså hverken spesielt sjeldent eller dyrt. Dette er også fordeler når teori skal omgjøres til praksis.
Hva nå enn en mikroresonator er
Mikroresonatorer er en type optiske hulrom. De kan lagre lys i et knøttlite rom. Oftest snakker vi om mikroskala. Lyset går i sirkler inne i mikroresonatoren, sånn at det optiske feltet blir forsterket.
– Vi kan sammenligne mikroresonatoren med det som skjer med lyden i det hviskende galleriet i St. Pauls-katedralen i London, sier Dingding Ren.
Dette ellipseformede galleriet har gitt et berømt fenomen. Du kan nemlig hviske i den ene enden av det og folk i den andre enden av rommet kan høre deg, selv om de normalt ikke ville greie det på den avstanden. Lydbølgene forsterkes av rommets form og veggene, som lysbølgene gjør i mikroresonatoren.
Du får lese forskningsartikkelen om du tror du kan skjønne mer. Lenke finner du også nederst i saken.
Mikroresonator finansiert av Fripro-penger
Dingding Ren finansierer forskningen gjennom et Fripro-prosjekt fra Forskningsrådet som varer i tre år. Penger fra Fripro går til grunnforskning.
– Vi lovte at vi skulle finne frem til en bedre mikroresonator, og det har vi greid, sier en entusiastisk og glad Dingding Ren. Forskergruppen leverte rett og slett varene.
Som du skjønner av denne saken, kan Fripro være en kjempeinvestering for samfunnet. Men i høst var det ikke noen utlysning av Fripro fordi myndighetene ville spare. Nå er ordningen heldigvis tilbake igjen.
– Glimrende arbeid
Professorene Bjørn-Ove Fimland og Astrid Aksnes ved Institutt for elektroniske systemer ved NTNU har gitt råd underveis.
– Dingding Ren har gjort glimrende arbeid. Dette er understøttet av at han har fått antatt en artikkel i Nature Communications, sier professor Astrid Aksnes.
At vi nå kan måle i langbølge IR-området (8-14 µm) av lysspekteret åpner mange muligheter i forhold til bruk innenfor blant annet avbildning og deteksjon, miljøovervåking og biomedisinske anvendelser, sier Aksnes.
– Mange molekyler har fundamentale vibrasjonsbånd i mellombølge-IR området (2-20 µm), såkalt ‘molecular fingerprint region’. Ved å måle i dette bølgeområdet får vi høyere sensitivitet, sier hun.
Referanse: Ren, D., Dong, C., Addamane, S.J. et al. High-quality microresonators in the longwave infrared based on native germanium. Nat Commun 13, 5727 (2022). Received 20 May 2022. Accepted 11 August 2022. Published 06 October 2022. DOI https://doi.org/10.1038/s41467-022-32706-1
