Aalto-yliopisto

Tutkijoiden läpimurto voi tuoda spektrintunnistuksen kaikkien ulottuville – havaitsee esimerkiksi ruoan pilaantumisen

23.1.2025 14:00:00 EET | Aalto-yliopisto | Tiedote

Jaa

Tutkijat ovat kehittäneet pienikokoisen anturin, joka tunnistaa ihmisille näkymättömiä valon ominaisuuksia. Tämä tehokas, mutta edullinen laite voitaisiin tulevaisuudessa ehkä integroida esimerkiksi älypuhelimeen.

Kaksi tutkijaa laboratoriossa pitävät pientä sirua, johon on integroituna satoja minikokoisia spektriantureita.
Tutkijat pitävät kädessään pientä sirua, joka pitää sisällään satoja minikokoisia spektriantureita. Faisal Ahmed, Andreas Liapis / Aalto-yliopisto

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

Kaksi tutkijaa laboratoriossa pitävät pientä sirua, johon on integroituna satoja minikokoisia spektriantureita.
Tutkijat pitävät kädessään pientä sirua, joka pitää sisällään satoja minikokoisia spektriantureita.
Faisal Ahmed, Andreas Liapis / Aalto-yliopisto
Lataa

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.

aalto.fi

facebook.com/aaltouniversity

twitter.com/aaltouniversity

youtube.com/aaltouniversity

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

Tutkimus selvitti pk-yritysten kansainvälistymisen sudenkuoppia – näin vältetään ulkoisen rahoituksen ”kultainen häkki”7.10.2026 09:55:00 EEST | Tiedote

Valtiollinen tuki voi vauhdittaa pk-yrityksen kansainvälistymistä, mutta se voi myös hidastaa prosessia tai aiheuttaa merkittävää vahinkoa. Uuden tutkimuksen mukaan ratkaisevaa on, kuinka paljon päätösvaltaa yrityksen johdolle jää ja kuinka hyvin tarjottu tuki vastaa yrityksen tarpeisiin. Hyvä uutinen on, että johtajat voivat omilla toimillaan merkittävästi vaikuttaa lopputulokseen.

Elokuvataiteen väitös: Elokuvaohjaaja ei johda vain visiota – myös luova ryhmä tarvitsee johtamista17.9.2026 08:45:00 EEST | Tiedote

Aalto-yliopistossa tarkastettava Hanna Maylettin väitöstutkimus tunnistaa elokuvaohjaajan taiteellisessa johtajuudessa kaksi toisiinsa kietoutuvaa ulottuvuutta: teoksen sisällön sekä työryhmän sosiaalisten prosessien säätelyn. Vuorovaikutus, luottamus, valtasuhteet ja tunteet muovaavat sitä, miten yhteistyö ja luova toimijuus rakentuvat elokuvanteon prosessissa.

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
World GlobeA line styled icon from Orion Icon Library.HiddenA line styled icon from Orion Icon Library.Eye