Imagine apontar seu smartphone para um salgadinho que você encontrou no fundo da despensa e saber imediatamente se seus ingredientes ficaram rançosos.

Dispositivos chamados espectrômetros podem detectar produtos químicos perigosos com base em uma única "impressão digital" da luz absorvida e emitida. Mas esses instrumentos de divisão de luz há muito são volumosos e caros, impedindo seu uso fora do laboratório.

Até agora. Engenheiros da Universidade de Wisconsin-Madison desenvolveram um espectrômetro que é tão pequeno e simples que pode se integrar à câmera de um telefone celular comum sem sacrificar a precisão.

"Este é um compacto, espectrômetro de disparo único que oferece alta resolução com baixo custo de fabricação, "diz Zhu Wang, que estava entre a equipe de engenheiros elétricos que criou o dispositivo.

Os pesquisadores publicaram uma descrição dos dispositivos em 4 de março, 2019, no jornal Nature Communications .

Os dispositivos da equipe também têm uma capacidade avançada chamada de imagem hiperespectral, que coleta informações sobre cada pixel individual em uma imagem para identificar materiais ou detectar objetos específicos em um fundo complicado. Sensor hiperespectral, por exemplo, pode ser usado para detectar camadas de minerais valiosos nas faces das rochas ou para identificar plantas específicas em uma área com muita vegetação.

A impressão digital espectral de cada elemento inclui comprimentos de onda de luz únicos emitidos ou absorvidos - e a capacidade do espectrômetro de sentir essa luz é o que permitiu aos pesquisadores fazer de tudo, desde analisar a composição de compostos desconhecidos até revelar a composição de estrelas distantes.

Os espectrômetros geralmente dependem de prismas ou grades para dividir a luz emitida por um objeto em bandas discretas - cada uma correspondendo a um comprimento de onda diferente. O fotodetector de uma câmera pode capturar e analisar essas bandas; por exemplo, a impressão digital espectral do elemento sódio consiste em duas bandas com comprimentos de onda de 589 e 590 nanômetros.

Os olhos humanos veem a luz de comprimento de onda de 590 nanômetros em uma tonalidade laranja-amarelada. Comprimentos de onda mais curtos correspondem a azuis e roxos, enquanto os comprimentos de onda mais longos aparecem em vermelho. A luz solar contém um arco-íris completo misturado, que vemos como branco.

Para resolver a diferença entre uma mistura de cores diferentes, espectrômetros geralmente devem ser relativamente grandes com um longo comprimento de caminho para que os feixes de luz viajem e se separem.

No entanto, a equipe criou espectrômetros minúsculos, medindo apenas 200 micrômetros de cada lado (cerca de um vigésimo da área da ponta de uma caneta esferográfica) e delicado o suficiente para ficar diretamente em um sensor de uma câmera digital típica.

Esse tamanho pequeno foi possível porque os pesquisadores basearam seu dispositivo em materiais especialmente projetados que forçavam a luz que entrava para trás e para frente várias vezes antes de atingir o sensor. Esses reflexos internos alongaram o caminho ao longo do qual a luz viajou sem adicionar volume, aumentando a resolução dos dispositivos.

E os dispositivos realizavam imagens hiperespectrais, resolver duas imagens distintas (dos números cinco e nove) a partir de um instantâneo de uma projeção sobreposta que combinou o par em algo indistinguível a olho nu.

Agora a equipe espera aumentar a resolução espectral do dispositivo, bem como a clareza e nitidez das imagens que ele captura. Essas melhorias podem abrir caminho para sensores ainda mais aprimorados.