Самарские ученые изобрели уникальный прибор, который может по цвету определить химический состав почвы, выявить сельхозвредителей и определить рак кожи на ранней стадии. Человеческий глаз воспринимает всего три цвета: красный, синий, зеленый. Все остальные получаются за счет смешивания этих трех. Например, голубой цвет активирует «синие» и «зеленые» рецепторы.
На этом принципе работают современные цифровые фотоаппараты и видеокамеры, экраны телевизоров и смартфонов. И ученым хорошо известно, что человеческий глаз и мозг довольно просто обмануть. Дело в том, что сочетания световых волн разной длины могут очень сильно отличаться друг от друга, но при этом даже для самого дотошного зрителя выглядеть как один и тот же цвет. То есть глаз ошибается, а вот обмануть специальную технику, такую как спектрометр — никак не получится.
Несколько лет назад ученым удалось создать устройство, которое «видело» сразу 20 каналов. Эта технологию назвали мультиспектральной съемкой. Но настоящий прорыв в области цветного зрения произошел совсем недавно. Гиперспектральная съемка превзошла своего предшественника. Полученное изображение нуждается в специальном анализе и обработке. В разработке этого оборудования большую роль сыграли самарские ученые, которые сделали для прибора специальные линзы и разработали алгоритм обработки изображения.
Зачем такая цветность?
Гиперспектрометрия открывает удивительные возможности. Например, по снимку с беспилотника определить химический состав почв на полях и решить, какие удобрения и в каком месте следует вносить.
«Сейчас время лабораторных исследований завершено и мы выходим, что называется, в поля. Используем гиперспектрометр для мониторинга биомассы, чтобы понять какие растения перед нами. По этим данным агроном, примет решение, как поставить траекторию движения комбайна, с какими сорняками нужно бороться, какие удобрения вносить,» - говорит руководитель направления разработки малых беспилотных летательных аппаратов Максим Трещанин.
Полезна новая технология и в медицине. Например, при помощи такого снимка можно выявить рак кожи на начальной стадии. Благодаря нескольким десяткам каналам цветовосприятия прибор различает малейшие изменения в оттенках кожи и определяет пораженные участки с высокой точностью. Так же гиперспектрометр показывает экологические нарушения, загрязнения окружающей среды. Снимки могут показать, какие вредные вещества попали в воду, воздух, почву.
Наука и коммерция
В Южной Корее создали компактный гиперспектрометр массой всего 5 кг. Но повторять и развивать технические решения, заложенные в зарубежные образцы, в Самарском исследовательском центре не стали — и сложно, и дорого в производстве. «У нас есть свои оригинальные технологии. Мы сделали прибор на основе своих разработок. Он проще и лучше корейского», — говорит заведующий лабораторией микро- и нанотехнологий Роман Скиданов.
Такие же разработки ведутся в Китае, США, Германии, Финляндии. Главная преграда на пути развития этой технологии – высокая стоимость. Цена одного гиперспектрометра в среднем составляет 20 тысяч долларов. Не все лаборатории могут позволить себе такое приобретение. А большой вес делает устройство маломобильным. Самарским же ученым удалось решить обе эти проблемы. Они создали компактный гиперспектрометр, масса которого — не более 6 кг. Это уже мировой уровень.
Оптическая схема прибора — как у всех, классическая «схема Оффнера». Но при этом самарский гиперспектрометр в разы дешевле зарубежных аналогов. Есть реальные перспективы обойти конкурентов.
«Возможно, очень скоро гиперспектрометр установят в каждый смартфон — если развить наши разработки, это вполне реально. У каждого из нас появится возможность определять качество продуктов на рынке. Навел камеру на ящик с виноградом или клубникой, сфотографировал и уже знаешь, стоит ли покапать их или нет», - говорит академик РАН Виктор Сойфер.
Но всегда есть риск, что успех могут перехватить иностранные конкуренты. Так, например, было с квадрокоптерами. Одна иностранная компания «захватила» этот рынок. Они сделали беспилотники доступными по цене и сейчас они активно используются во всех сферах экономики. Самарские же ученые со своими инновационными разработками схватку с акулами бизнеса за рынок дронов проиграли. Но, несмотря на это, иностранные компании продолжают вниманительно отслеживать самарские разработки.
«Сейчас в России всего несколько компаний занимаются этим направлением. Наша самарская команда — одна из них. Мы работаем с министерством Просвещения и региональными министерствами, поставляем наши летательные дроны в образовательные учреждения более чем в 20 регионов России. Надо сказать, что мировые исследовательские центры за нами достаточно пристально наблюдают,» - говорит Максим Трещанин.
