پیکسل های نانوفوتونیک؛ نمایشگرهایی که دوربین می شوند

تقریباً یک قرن پس از آنکه واژه «پیکسل» برای نخستین بار در یک نشریه فنی ظاهر شد، پژوهشگران مؤسسه فناوری فدرال زوریخ این واحد سازنده ساده را از نو طراحی کرده‌اند. نه به‌عنوان نقطه‌ای بهتر روی صفحه‌نمایش، بلکه به شکل دستگاهی بسیار کوچک که هم می‌تواند تصویر بسازد و هم آن را ثبت کند. تصور کنید یک عنصر واحد هم‌زمان کار دوربین و نمایشگر را انجام دهد. عجیب است؟ قطعاً. کاربردی است؟ احتمالاً انقلابی.

راز این فناوری نه در رنگ و رنگ‌دانه، بلکه در موج‌هاست. این پیکسل‌های جدید بر پایه اصول نانوفوتونیک کار می‌کنند: نور ورودی که به تراشه می‌رسد، به موج‌های محدود به سطح تبدیل می‌شود؛ موج‌هایی که روی دستگاه حرکت می‌کنند، با یکدیگر تداخل می‌سازند و سپس در نقاط دیگر به‌صورت نور کنترل‌شده دوباره ظاهر می‌شوند. با طراحی ریزساختار سطح، این تیم می‌تواند پیش‌بینی و تنظیم کند که این موج‌ها چگونه به هم برسند و چه الگوی نوری از آن خارج شود.

توانایی هدایت و خواندن نه‌فقط روشنایی، بلکه فاز و قطبش نور، این عناصر را بیشتر به مهندسان موج در ابعاد بسیار کوچک شبیه می‌کند تا ساطع‌کننده‌های ساده رنگ. آن‌ها می‌توانند فاز نوسان موج‌های ورودی را تحلیل کنند، حالت‌های قطبش را بسنجند و خروجی دلخواه را بازسازی کنند. در عمل، هر پیکسل به یک واحد برداری تبدیل می‌شود؛ واحدی که نسبت به ویژگی‌های غنی‌تری از نور حساس است، نه فقط شدت معمول رنگ‌های قرمز، سبز و آبی.

چرا این موضوع مهم است؟ چون مسیری را به‌سوی سخت‌افزاری باز می‌کند که دیگر حس‌کردن و نمایش‌دادن را از هم جدا نمی‌داند. یک دستگاه واحد می‌تواند مانند نمایشگر هولوگرافیک عمل کند و هم‌زمان میدان نوری روبه‌روی خود را نمونه‌برداری کند. کاربردهایی که تیم مؤسسه فناوری فدرال زوریخ به آن‌ها اشاره کرده شامل اپتیک تطبیقی، تصویربرداری و نمایشگرهای هولوگرافیک، ارتباطات نوری با پهنای باند بالا و حتی اجزایی برای پردازش اطلاعات کوانتومی است؛ جایی که کنترل دقیق جبهه‌موج اهمیت حیاتی دارد.

در حال حاضر، این پژوهش بیشتر نمایشی و اثباتی است تا آماده ورود به بازار مصرف. نمونه‌های اولیه کنونی به روشنایی لیزری همدوس و الگوهای سطحی برنامه‌ریزی‌شده و ثابت برای تولید و تشخیص تصویر متکی هستند. با این حال، پژوهشگران در حال ساخت ماتریس‌هایی از این پیکسل‌ها هستند و بررسی می‌کنند که چگونه می‌توان آن‌ها را به آرایه‌های کاربردی و مقیاس‌پذیر تبدیل کرد. این اختراع آن‌قدر توجه برانگیخته که به ثبت درخواست پتنت و نامزدی برای جایزه اسپارک امسال منجر شده است. گزارش فنی کامل این پژوهش در نیچر منتشر شده است.

البته همه با آرامش از این خبر استقبال نکرده‌اند. در انجمن‌های عمومی، برخی کاربران نگرانی خود را مطرح کرده‌اند: صفحه‌نمایشی که هم‌زمان نقش دوربین را دارد، می‌تواند به ابزار نظارت پنهانی تبدیل شود. مقایسه‌ها تند و صریح بود؛ یادآور تله‌اسکرین‌های خیالی که در داستان‌های پادآرمان‌شهری شهروندان را زیر نظر داشتند. برخی کاربران نیز اعلام کردند هرگز دستگاه‌هایی را که از این فناوری استفاده کنند، نخواهند خرید. این نگرانی‌ها بی‌اهمیت نیستند؛ آن‌ها پرسش‌هایی جدی درباره طراحی، سیاست‌گذاری و اخلاق فناوری مطرح می‌کنند که توسعه‌دهندگان باید هم‌زمان با بلوغ سخت‌افزار به آن‌ها پاسخ دهند.

از نظر فنی، موانع زیادی هنوز باقی مانده است. کارکرد این پیکسل‌ها زیر نور محیطی و ناهمدوس، برنامه‌ریزی آن‌ها برای تصویربرداری پویا و بلادرنگ بدون لیزرهای حجیم، و ادغامشان در محصولات الکترونیکی مصرفی با محدودیت توان و هزینه، هرکدام چالشی دشوار است. با این حال، ایده بنیادین بسیار ظریف و قدرتمند است: نور را روی سطح کنترل کنید تا هم آنچه می‌بینید و هم آنچه حس می‌کنید در اختیار شما باشد.

چالش واقعی این است: چه اتفاقی می‌افتد وقتی صفحه‌نمایش‌های ما دیگر پنجره‌هایی منفعل نباشند و به چشم‌هایی فعال تبدیل شوند؟ این پرسش، هم دانشمندان و هم سیاست‌گذاران را درگیر خواهد کرد؛ به‌ویژه حالا که مرز میان نمایشگر و دوربین هر روز باریک‌تر می‌شود.