Tutkijoiden läpimurto voi tuoda spektrintunnistuksen kaikkien ulottuville – havaitsee esimerkiksi ruoan pilaantumisen
Tutkijat ovat kehittäneet pienikokoisen anturin, joka tunnistaa ihmisille näkymättömiä valon ominaisuuksia. Tämä tehokas, mutta edullinen laite voitaisiin tulevaisuudessa ehkä integroida esimerkiksi älypuhelimeen.

Kuvittele älypuhelin, joka diagnosoi sairauksia, havaitsee väärennettyjä lääkkeitä tai varoittaa pilaantuneesta ruoasta. Spektrintunnistus on tehokas tekniikka, joka analysoi miten materiaali vuorovaikuttaa valon kanssa paljastaen yksityiskohtia, joita ihmissilmä ei voi nähdä. Perinteisesti tekniikka on vaatinut suuria, kalliita järjestelmiä laboratorioissa ja teollisuudessa. Mutta mitä jos tekniikka voitaisiinkin pienentää sopimaan esimerkiksi älypuhelimeen tai puettavaan laitteeseen?
Aalto-yliopiston tutkijat ovat yhdistäneet pienikokoisen laitteiston ja älykkäät algoritmit luodakseen tehokkaan, pienikokoisen ja kustannustehokkaan työkalun, joka pystyy ratkaisemaan käytännön ongelmia esimerkiksi terveydenhuollossa, elintarviketurvallisuudessa ja autonomisessa ajamisessa.
”Se on kuin taiteilija, joka oppii erottamaan satoja hienovaraisia värisävyjä”, kuvailee tutkimuksen johtaja, professori Zhipei Sun.
Anturi ’koulutettiin’ kohdistamalla siihen laajavärinen valospektri, jolloin se ’oppi’ luomaan ainutlaatuisia sähköisiä sormenjälkiä jokaiselle valotyypille. Sen jälkeen älykäs algoritmi tulkitsee nämä valon eri värien sormenjäljet, minkä ansiosta anturi pystyy tarkasti tunnistamaan materiaalit ja analysoimaan niiden ominaisuuksia valovuorovaikutuksen perusteella.
”Laitteemme on ikään kuin koulutettu tunnistamaan monimutkaisia, ihmiselle näkymättömiä valon ominaisuuksia, ja sen tarkkuus on verrattavissa laboratorioissa tyypillisesti käytettäviin suurikokoisiin antureihin”, Sun jatkaa.
Perinteiset spektrianturit vaativat suuria optisia komponentteja, kuten prismoja tai hiloja. Tutkijoiden kehittämä pikkuanturi sen sijaan erottelee spektrin sähköisten valovasteidensa avulla, mikä tekee siitä ihanteellisen integroitavaksi pieniin laitteisiin. Tutkijat osoittivat, että laite pystyy tunnistamaan materiaaleja suoraan niiden luminesenssin eli niiden valona vapauttaman energian perusteella, mukaan lukien orgaaniset väriaineet, metallit, puolijohteet ja elektroniikassa eristeinä hyödynnettävät dielektriset aineet.
”Innovatiivinen spektrintunnistusmenetelmämme yksinkertaistaa materiaalien tunnistamisen ja koostumuksen analysoinnin haasteita”, sanoo tutkimuksen toinen pääkirjoittaja Xiaoqi Cui, joka on hiljattain väitellyt Aalto-yliopistosta.
Merkittävässä innovaatiossa yhdistyvät säädettävät optoelektroniset rajapinnat ja kehittyneet algoritmit, mikä avaa uusia mahdollisuuksia sovelluksille paitsi integroidussa fotoniikassa, myös sen ulkopuolella. Laite on myös kooltaan erittäin pieni – noin 200 kertaa pienempi kuin ihmisen hiuksen poikkileikkaus – ja saavuttaa poikkeuksellisen suuren aallonpituustarkkuuden, jonka ansiosta se pystyy erottamaan tuhansia värejä.
Väitöskirjatutkija ja tutkimuksen toinen pääkirjoittaja Fedor Nigmatulin kuvaa työtä merkittäväksi edistysaskeleeksi spektrintunnistuksen tuomisessa kaikkien ulottuville.
”Yhdistämällä tämän pikkiriikkisen laitteiston älykkäisiin algoritmeihin olemme ottaneet merkittävän askeleen kohti minikokoisia, kannettavia spektrometrejä, jotka voivat lähitulevaisuudessa mullistaa kuluttajaelektroniikan”, Nigmatulin sanoo.
Artikkeli julkaistiin 22. tammikuuta 2025 Science Advances -lehdessä. Linkki artikkeliin: doi.org/10.1126/sciadv.ado6886.
Avainsanat
Yhteyshenkilöt
Zhipei Sun
professori, Aalto-yliopisto
zhipei.sun@aalto.fi
050 430 2820
Kuvat

Linkit
Tietoa julkaisijasta
Aalto-yliopistossa tiede ja taide kohtaavat tekniikan ja talouden. Rakennamme kestävää tulevaisuutta saavuttamalla läpimurtoja avainalueillamme ja niiden yhtymäkohdissa. Samalla innostamme tulevaisuuden muutoksentekijöitä ja luomme ratkaisuja maailman suuriin haasteisiin. Yliopistoyhteisöömme kuuluu noin 13 000 opiskelijaa ja yli 4 500 työntekijää, joista 400 on professoreita. Kampuksemme sijaitsee Espoon Otaniemessä.
Tilaa tiedotteet sähköpostiisi
Haluatko tietää asioista ensimmäisten joukossa? Kun tilaat tiedotteemme, saat ne sähköpostiisi välittömästi julkaisuhetkellä. Tilauksen voit halutessasi perua milloin tahansa.
Lue lisää julkaisijalta Aalto-yliopisto
Aalto-yliopiston akateemiset tulokset ja kansainvälinen arvostus pysyivät vahvoina vuonna 20244.4.2025 14:10:00 EEST | Tiedote
Aalto-yliopiston hallitus hyväksyi kokouksessaan 3.4.2025 hallituksen toimintakertomuksen ja tilinpäätöksen vuodelta 2024. Aalto-yliopisto sijoittui vuonna 2024 erinomaisesti kansainvälisissä yliopistovertailuissa. Kansainvälinen QS World University Rankings sijoitti Aalto-yliopiston Suomen ykköseksi ja sijalle 113 maailmanlaajuisesti. Taide ja muotoilu sijoittui hienosti maailmassa kahdeksannelle sijalle. Times Higher Education arvioi Aalto-yliopiston maailman 21. parhaaksi nuoreksi (alle 50-vuotiaaksi) yliopistoksi. Aalto-yliopisto sai Kansallisen koulutuksen arviointikeskuksen (Karvi) excellence-laatuleiman osoituksena poikkeuksellisen laadukkaasta kehittämistyöstä. Keväällä 2024 myös saatettiin päätökseen yliopiston strategian arviointi ja päivitys. Tutkimustoiminta pysyi korkealla tasolla. Kansainvälisten vertaisarvioitujen tieteellisten artikkeleiden määrä nousi 2 384:ään (2 210 edellisvuonna). Eniten viittauksia saavia ja korkean vaikuttavuuden top 10 % -julkaisuja näistä oli 1
ADHD-oireet esiin virtuaalitodellisuuspelin avulla - tutkijat havaitsivat selkeitä eroja lasten aivoverkostoissa24.3.2025 10:24:23 EET | Tiedote
Tutkimus voi auttaa selvittämään ADHD-epidemiaa, kehittämään siihen muita kuin lääkehoitoja ja myös saamaan selville, miten aivomme ovat muuttumassa.
Pysäyttävä tutkimustulos: Maailman maaseutualueilla asuu paljon luultua enemmän ihmisiä18.3.2025 12:00:00 EET | Tiedote
Tuoreen tutkimuksen mukaan maapallon väestöä kuvaavat tietoaineistot saattavat arvioida maaseudun väkiluvun jopa yli puolet todellisuutta alhaisemmaksi.
EMBARGO: “Significant proportion” of world’s rural population missing from global estimates, says study18.3.2025 12:00:00 EET | Press release
Global population datasets, crucial for decision-making by governments and institutions, may underestimate rural populations by as much as 53% to 84%, reveals an Aalto University study.
Tutkijat ratkaisivat halkeamien mysteerin – parantaa yleisten rakennusmateriaalien kestävyyttä10.3.2025 09:15:00 EET | Tiedote
Tutkijat onnistuivat selvittämään insinöörejä vaivanneen paradoksin: miksi materiaalien halkeamat etenevät nopeammin, kun jännitys pääsee välillä vapautumaan.
Uutishuoneessa voit lukea tiedotteitamme ja muuta julkaisemaamme materiaalia. Löydät sieltä niin yhteyshenkilöidemme tiedot kuin vapaasti julkaistavissa olevia kuvia ja videoita. Uutishuoneessa voit nähdä myös sosiaalisen median sisältöjä. Kaikki tiedotepalvelussa julkaistu materiaali on vapaasti median käytettävissä.
Tutustu uutishuoneeseemme