Představte si noční vidění, které bude fungovat bez těžkopádné techniky na hlavě a dokonce i se zavřenýma očima. Přesně s takovým nápadem přišli inženýři z čínské Univerzity vědy a technologie.
Jejich prototyp používá miniaturní nanočástice zabudované přímo do měkké kontaktní čočky a dokáže převádět IR světlo (vlnové délky 800 až 1600 nm) na viditelné, které už naše oči zachytí. To vše bez baterií a s možností vnímat infračervené signály i se zavřenýma očima.
Nanočástice absorbují IR a vyzáří ho viditelně
Základem této technologie je takzvaná fotonová upkonverze. Speciální nanočástice (konkrétně směs gadolinia, ytterbia a erbia) absorbují několik fotonů infračerveného světla a uvolní jeden foton viditelného světla. Jako materiál pro čočky posloužil flexibilní a průhledný polymer pHEMA známý z běžných měkkých čoček. Vědci do nich nanočástice rovnoměrně rozptýlili tak, aby nenarušily optické vlastnosti materiálu.
Zjednodušené schéma vynálezu z publikovaného článku
Díky tomu může uživatel vnímat nejen přítomnost IR zdroje, ale i jeho barvu – například 980 nm se převádí na modrou, 808 nm na zelenou a 1532 nm na červenou. To umožňuje nejen detekci, ale i rozlišení infračervených signálů podle barvy.
Testy na myších a lidech
První testy na myších i lidech ukázaly, že čočky skutečně fungují. Myši s čočkami dokázaly rozlišit mezi tmavým a infračerveně osvětleným prostorem. Lidé byli schopni zachytit blikání IR LED, rozpoznat morseovku nebo určit směr, odkud přichází signál. Zajímavé je, že při zavřených očích byla detekce ještě lepší – infračervené světlo totiž proniká víčky snadněji než světlo viditelné, které by jinak rušilo.
Technologie má ovšem svá omezení. Čočky dokážou zpracovat pouze silné a úzce spektrální zdroje (typicky právě LED) a nikoli slabé a rozptýlené signály. Třeba teplo lidského těla. Zatím tedy nedokážou vytvořit detailní infračervený obraz – světlo se totiž rozptyluje těsně před sítnicí, což vede ke ztrátě jemných detailů.
V praxi tak nositel uvidí spíš barevné skvrny než ostré kontury. Pro lepší rozlišení vědci vyvinuli doplňkový systém brýlí, který využívá stejnou technologii, ale díky dalším čočkám dokáže promítat zaostřený infračervený obraz na sítnici. Tým plánuje další zvyšování koncentrace nanočástic a optimalizaci jejich složení pro vyšší účinnost a citlivost.
Jednou možná uvidíme i v naprosté tmě
Možné využití sahá od bezpečnostních aplikací, přes detekci padělků, až po medicínu – například v chirurgii, kde je potřeba sledovat infračerveně značené léze. Zajímavý je i potenciál pro pomoc barvoslepým: nanočástice by teoreticky mohly převádět „neviditelné“ barvy na ty, které daný člověk rozpozná. Vojenské nasazení je nasnadě, ale stejně tak i civilní využití v záchranářství nebo průmyslu.
Bezpečnost a dlouhodobá snášenlivost jsou zatím předmětem dalšího výzkumu. První testy na myších ukázaly dobrou biokompatibilitu, ale otázky ohledně dlouhodobého působení nanočástic v oku zůstávají. Stejně tak je potřeba vyřešit případné regulační otázky, zejména pokud by se technologie rozšířila mezi běžné uživatele. Už se také pomalu rozbíhají etické debaty o „vylepšování“ člověka.
Přestože jsme zatím na začátku cesty, kontaktní čočky s infračerveným viděním představují fascinující příklad toho, jak se materiálová věda, neurověda a inženýrství mohou spojit a posunout lidské smysly za přirozené hranice. Jestli se jednou stanou běžnou součástí výbavy lékařů, vojáků nebo třeba barvoslepých, ukáže až čas – a také naše ochota přijmout svět, který už nebude jen tak docela „viditelný“.