از آزمایشگاه کاپاسو تا اتاق نشیمن شما
راب دولین در دوران تحصیلات تکمیلی خود در توسعه لنزهای مینیاتوری نوآورانه مشارکت داشت. اکنون استارت‌آپی که او مدیریت می‌کند، میلیون‌ها عدد از این لنزها را برای لوازم الکترونیکی مصرفی تولید می‌کند.در طول دوره دکتری خود در هاروارد، راب دولین احتمالاً حدود ۱۰۰ نمونه از یک نوع جدید لنز مینیاتوری ساخته است. او با آزمایش مواد مختلف و ساخت نمونه‌های اولیه از طراحی‌های جدید، سعی در خم کردن نور داشت – کاری که یک دوربین سنتی انجام می‌دهد، اما تنها با استفاده از مجموعه‌ای از ستون‌های ریز روی یک ویفر نازک به ضخامت یک میلی‌متر.
این دستگاه جدید کوچک‌تر، ارزان‌تر و قابل تولید انبوه در کارخانه‌های تولید تراشه‌های نیمه‌هادی بود – البته اگر تقاضا آن را توجیه می‌کرد.امروز، تقاضا آن را توجیه می‌کند.متالنز (Metalenz)، استارت‌آپی که در سال ۲۰۱۶ با حقوق انحصاری برای تجاری‌سازی این دستگاه تأسیس شد – دستگاهی که دولین در آزمایشگاه فدریکو کاپاسو (استاد فیزیک کاربردی رابرت ال. والاس) به توسعه آن کمک کرد – اعلام کرده که حدود ۱۰۰ میلیون عدد از سطوح فراماده‌ای (متاسرفیس) نور-متمرکزکننده آن تولید و در مجموعه‌ای از دستگاه‌های الکترونیکی مصرفی نصب شده‌اند.متالنز – که اکنون دولین به عنوان مدیرعامل آن فعالیت می‌کند – افشا نکرده که کدام شرکت‌ها از این فناوری در محصولات خود استفاده می‌کنند. اما حداقل یک گزارش از شرکت Yole Group (که به تجزیه و تحلیل محصولات مصرفی می‌پردازد) نشان می‌دهد که این سطوح فراماده در آیپد، سامسونگ گلکسی S23 اولترا و گوگل پیکسل 8 پرو به کار رفته‌اند.
دولین می‌گوید: «فکر کردن به این موضوع شگفت‌انگیز است که چیزی که در هاروارد آغاز شد – در طول دوره دکتری من و با کار سایر افراد در آزمایشگاه کاپاسو – اکنون در دسترس است و مردم از آن استفاده می‌کنند. نمونه‌های زیادی از فناوری‌های دانشگاهی وجود دارند که وعده‌های بزرگی می‌دهند، اما این که سطوح فراماده در نهایت در دستگاه‌های واقعی و در مقیاسی که اکنون درباره آن صحبت می‌کنیم به کار رفته‌اند، واقعاً حس خوبی دارد.»
سم لیس، مدیر اجرایی مشارکت‌های استراتژیک در دفتر توسعه فناوری هاروارد، گفت که متالنز از گروهی میان‌رشته‌ای ظهور کرد که با بهره‌گیری از پیشینه‌ها و دیدگاه‌های علمی مختلف، محصولی را خلق کردند که در حال باز کردن راهی جدید است.
لیس گفت: «این فناوری واقعاً اپتیک‌های سنتی را – که برای مدت بسیار بسیار طولانی وجود داشته‌اند – متحول کرده و آن صنعت را دگرگون ساخته است. به نظر من، استارت‌آپ‌های دانشگاهی در این زمینه واقعاً عالی هستند: ایجاد تحول واقعی. درو فاوست زمانی گفت که شرکت‌ها محصولات جدید می‌سازند؛ تحقیقات دانشگاهی صنایع جدید خلق می‌کنند. و این جمله همیشه برای من الهام‌بخش بوده است.»
کارهای اولیه کاپاسو روی سطوح فراماده در سال‌های ۲۰۰۷ یا ۲۰۰۸ آغاز شد. تا سال ۲۰۱۲، زمانی که دولین به آزمایشگاه پیوست، بیشتر جنبه‌های علمی آن مشخص شده بود. در مقاله‌ای در سال ۲۰۱۱ در مجله Science (که بیش از ۱۰٬۰۰۰ ارجاع داشته است)، کاپاسو و اعضای آزمایشگاهش نشان دادند که می‌توانند نانوساختارهای روی سطح فراماده را برای کنترل نور به دلخواه تنظیم کنند.
کمی بعد، آن‌ها اولین متالنز (لنز فراماده‌ای) را ارائه دادند که قادر بود نور را – هرچند با بازدهی پایین – روی یک نقطه متمرکز کند. از آنجا، دولین تخصص خود در مواد و نانوساخت را به کار گرفت و همراه با سایر اعضای آزمایشگاه به بهبود محصول پرداخت. و کاپاسو معیارها را حتی بالاتر برد: او نه‌تنها محصولی می‌خواست که کار کند، بلکه محصولی که بتوان آن را با استفاده از روش‌های تولید موجود به‌صورت انبوه تولید کرد تا سریع‌تر به بازار برسد.
کاپاسو گفت: «در زمانی بی‌سابقه، متالنز‌ها از یک نمونه تحقیقاتی در سال ۲۰۱۶ به تأسیس متالنز در همان سال و تولید انبوه برای بازار مصرفی در سال‌های بعد رسیدند. باید از راب دولین تشکر کرد که این انتقال را با موفقیت رهبری کرد.»
محققان از همان ابتدا می‌دانستند که این دستگاه پتانسیل دگرگون‌کردن صنعت سنتی تولید لنز از تکه‌های خمیده شیشه یا پلاستیک صیقل‌داده‌شده را دارد. با این که تولیدکنندگان ویژگی‌های بیشتری را در گوشی‌های هوشمند، تبلت‌ها و سایر دستگاه‌ها جای می‌دادند، مشخص شد که فضای اشغال‌شده توسط لنزهای حجیم، یک مانع برای طراحی‌های پیشرفته‌تر است.
یکی از اولین موفقیت‌های بزرگ متالنز در سال ۲۰۲۱ اتفاق افتاد، زمانی که این استارت‌آپ قراردادی با STMicroelectronics امضا کرد تا سطوح فراماده خود را در ماژول FlightSense این شرکت قرار دهد.این ماژول اندازه‌گیری فاصله از نور مادون قرمز نزدیک برای سنجش سه‌بعدی استفاده می‌کند، و سطح فراماده هم در انتشار نور و هم در تشخیص بازتاب‌های آن نقش دارد. زمان بازگشت نور مادون قرمز داده‌های کلیدی برای ترسیم تصویر سه‌بعدی فراهم می‌کند. این فناوری در تشخیص چهره، نقشه‌برداری سه‌بعدی از اتاق، واقعیت افزوده و کاربردهای مشابه استفاده می‌شود.هرچند این سطوح فراماده معمولاً برای تصاویر بصری استفاده نمی‌شوند، اما می‌توانند اطلاعات عمق را ارائه دهند که به فوکوس لنزهای دوربین بصری کمک می‌کند.
متالنز در حال حاضر در نورث اند بوستون مستقر است و در سه سال گذشته تعداد کارمندان آن دو برابر شده و به حدود ۴۵ نفر رسیده است. این شرکت به فضای زیادی نیاز ندارد، زیرا تولید به کارخانه‌های بزرگ تولید تراشه سپرده شده است – کارخانه‌هایی که سالانه بیش از یک تریلیون تراشه برای صنعت فناوری جهانی تولید می‌کنند.دولین گفت که در متالنز، کارکنان بر بهبود عملکرد محصول فعلی و توسعه چیزی که امیدوارند پیشرفت بزرگ بعدی باشد تمرکز کرده‌اند: Polar ID.
Polar ID از قطبش نور برای ارائه یک لایه امنیتی اضافی در گوشی‌های هوشمند استفاده می‌کند، با کاهش چشمگیر در هزینه و اندازه.دولین گفت که یک دوربین سنتی قطبش حدود ۱۰۰ میلی‌متر طول دارد و ۵۰۰ تا ۱۰۰۰ دلار قیمت دارد. نسخه‌های کوچک‌تری ساخته شده‌اند، اما فقط در دستگاه‌های رده بالا یافت می‌شوند. سطح فراماده قطبش متالنز حدود ۵ میلی‌متر طول دارد و قیمت آن تقریباً ۵ دلار است – چیزی که امکان استقرار کم‌هزینه آن در دستگاه‌های بسیار بیشتری را فراهم می‌کند.
دولین گفت: «من می‌توانم یک تصویر استاندارد از شما بگیرم. می‌توانم فاصله بین چشمان‌تان و فاصله چشمان‌تان از بینی و تمام این نقاط کلیدی را تشخیص دهم. اما امضای قطبشی شما منحصربه‌فرد است، به این معنی که حتی اگر کسی با یک ماسک سه‌بعدی کامل از شما بیاید و آن را جلوی دستگاه قرار دهد، امضای قطبشی آن ماسک سه‌بعدی با امضای قطبشی شما متفاوت خواهد بود.»
از قطبش می‌توان در کاربردهای دیگر نیز استفاده کرد. برای مثال، امضای قطبشی سرطان پوست با پوست سالم متفاوت است، بنابراین می‌توان از آن برای تشخیص رشدهای خطرناک استفاده کرد. همچنین می‌توان از آن برای نظارت بر کیفیت هوا استفاده کرد.
دولین گفت: «چیزهای هیجان‌انگیز زیادی از قدرت سطح فراماده ناشی می‌شود – اینکه می‌تواند ماژول‌های پیچیده را کوچک کند و به شما امکان دهد کارهای کاملاً جدیدی انجام دهید.»دولین گفت که مانند هر محصول موفق دیگری، شرکت‌های دیگر نیز در تلاش هستند تا به این فناوری دست یابند. استراتژی متالنز این است که به بهبود محصولات فعلی و توسعه محصولات جدیدی که از این فناوری برای انجام کارهای جدید و جالب استفاده می‌کنند، ادامه دهد.او همچنین ارتباط مستمر با کاپاسو – یکی از بنیان‌گذاران متالنز – را به عنوان یک مزیت برشمرد، ارتباطی که دسترسی به توسعه‌های جدید از آزمایشگاه او را فراهم می‌کند.
دولین گفت: «رقابت زیادی وجود دارد و افراد سعی می‌کنند به ما برسند. مزیتی که ما داریم، واقعاً اولین کاربردهایی است که قبلاً مستقر کرده‌ایم، و ما قبلاً به سمت چیزی حرکت کرده‌ایم که در آن از جنبه‌های حتی منحصربه‌فردتر سطح فراماده استفاده می‌کنیم.»
نظرات کاربران