Computing
Rivoluzionare la Visione Notturna: gli OLED aprono la strada a soluzioni leggere e ad alta tecnologia
Aggiungi Securities.io alle tue fonti preferite su Google
Ti sei mai chiesto se quegli occhiali da visione notturna nei film funzionano? Puoi davvero vedere al buio? Bene, la risposta è sì—funzionano, permettendoti di vedere al buio. Questo è reso possibile dalla tecnologia di visione notturna. Ma come funziona?
Innanzitutto, dobbiamo capire che la quantità di energia in un’onda luminosa è correlata alla sua lunghezza d’onda. Se una lunghezza d’onda è più corta, ha più energia, e viceversa.
Nella luce visibile, il rosso ha la minore energia, mentre il violetto ha la più alta. La luce infrarossa, invece, comprende il vicino infrarosso (near-IR) con lunghezze d’onda nell’intervallo 0,7‑1,3 micron, il medio infrarosso (mid-IR) con lunghezze d’onda tra 1,3 e 3 micron, e l’infrarosso termico (thermal-IR) con intervalli di lunghezza d’onda da 3 micron a oltre 30 micron.
A differenza del Near-IR e del mid-IR, che sono usati da vari dispositivi elettronici, il thermal-IR viene emesso da un oggetto piuttosto che riflesso da esso.
Quindi, la tecnologia di visione notturna consente di vedere al buio amplificando la luce disponibile o rilevando la radiazione infrarossa. I dispositivi di visione notturna catturano i fotoni della luce e li amplificano per creare un’immagine visibile o rilevano la radiazione infrarossa emessa dagli oggetti e la convertono in un’immagine visibile.
L’equipaggiamento per la visione notturna—incluse ottiche, occhiali e fotocamere—è comunemente usato in ambito militare, di sorveglianza, navigazione, forze dell’ordine, caccia, osservazione della fauna selvatica, rilevamento di oggetti nascosti e sicurezza.
Spinti da questa crescente domanda in vari settori e dai progressi tecnologici, la dimensione del mercato dei dispositivi di visione notturna èprevisto destinata a crescere da 8,68 miliardi di dollari nel 2024 a 12,74 miliardi di dollari entro il 2029.
Nuova Scoperta: OLED ultra-sottile per NV compatto e leggero
In questo contesto, i ricercatori dall’Università del Michigan hanno creato un nuovo tipo di OLED che è più sottile della carta e può potenzialmente sostituire i voluminosi occhiali da visione notturna con occhiali leggeri. Questo potrebbe rendere gli occhiali NV più economici e più pratici per un uso prolungato.
Fonte: University of Michigan
I diodi organici a emissione di luce, o OLED, sono tra i dispositivi elettronici organici di maggior successo e dominano il mercato dei display mobili. Si stanno inoltre espandendo nel settore automobilistico, nei dispositivi indossabili e in una vasta gamma di applicazioni di illuminazione. Schermi di smartphone, come quelli dell’iPhone, utilizzano questo tipo di luce.
In questo contesto, lo studio ha introdotto una nuova classe di dispositivi organici a emissione di luce che mostrano bistabilità grazie a un feedback fotonico positivo tra un fotodiodo organico e un OLED tandem integrato nello stesso stack di strati.
Finanziato da DARPA, la ricerca è stata realizzata in collaborazione con il contraente aerospaziale e della difesa RTX e OLEDWorks, un’azienda che produce prodotti di illuminazione OLED. OLEDWorks e la Penn State University, dove lo studio è nato prima che il suo autore corrispondente, Chris Giebink, si trasferisse all’U-M., stanno attualmente lavorando al brevetto della tecnologia.
I sistemi convenzionali di visione notturna si basano su intensificatori d’immagine per amplificare la luce in ingresso. Il nuovo dispositivo OLED fa lo stesso—convertendo la luce infrarossa vicina (near-IL) in luce visibile e poi amplificandola oltre 100 volte. Tuttavia, il dispositivo OLED lo fa tutto senza l’alta tensione, il peso e lo strato di vuoto scomodo necessari nei tradizionali intensificatori d’immagine. Per ottenere un’elevata amplificazione, i ricercatori si sono invece concentrati sull’ottimizzazione del design del dispositivo.
Secondo Giebink, professore di ingegneria elettrica e informatica e fisica all’U-M, una caratteristica affascinante del nuovo approccio è che la luce viene amplificata all’interno di uno stack di film sottili, più sottile di un micron (0,001 mm). Questo è di gran lunga più sottile di un singolo capello, che ha uno spessore di circa 50 micron.
Operando a una tensione molto più bassa rispetto a un intensificatore d’immagine convenzionale, il dispositivo riduce il consumo energetico, il che a sua volta estende la durata della batteria.
Tecnicamente, il nuovo dispositivo OLED funziona combinando uno strato assorbente di fotoni con uno stack di OLED a cinque strati. Lo strato assorbente di fotoni converte la luce infrarossa (IL) in elettroni, mentre lo strato OLED converte gli elettroni in fotoni di luce visibile.
Idealmente, cinque fotoni vengono generati per ogni elettrone che attraversa lo stack OLED. Alcuni di questi fotoni sono emessi verso l’occhio dell’utente, mentre altri sono riassorbiti nuovamente nello strato assorbente di fotoni.
In questo modo, il sistema genera ancora più elettroni che di nuovo attraversano l’OLED, creando un ciclo di feedback positivo che aumenta notevolmente la quantità di luce in uscita derivante da una data quantità di luce in ingresso.
Mentre gli OLED in tentativi precedenti sono stati in grado di convertire la luce vicino infrarossa in luce visibile, non c’è stato guadagno. Questo significa che abbiamo ottenuto solo un fotone in uscita per un fotone in ingresso. Secondo l’autore principale dello studio, Raju Lampande, ricercatore postdoc all’U-M in ingegneria elettrica e informatica:
“Questo segna la prima dimostrazione di alto guadagno di fotoni in un dispositivo a film sottile.”
Ma questo non è il limite delle capacità di questo dispositivo. In realtà mostra un comportamento di memoria che può avere applicazioni anche nei sistemi di visione artificiale. Questo comportamento è chiamato isteresi, dove l’emissione luminosa in un dato momento dipende dall’intensità e dalla durata dell’illuminazione di ingresso precedente.
Quindi, in una mossa “insolita”, il nuovo dispositivo OLED rimane acceso e ricorda le cose nel tempo. Questo è diverso dalla situazione normale in cui l’OLED di upconversion inizia a emettere luce quando è illuminato, per poi smettere quando l’illuminazione viene spenta.
Il comportamento di memoria del dispositivo presenta alcune sfide per le applicazioni NV, ma potrebbe creare un’opportunità per l’elaborazione delle immagini che funziona più come il sistema visivo umano. In quel sistema, i neuroni biologici trasmettono segnali in base al timing e alla forza dei segnali in ingresso.
La capacità del nuovo OLED di ricordare gli input passati potrebbe renderlo utile per certi tipi di connessioni simili a neuroni. Queste connessioni consentono a un’immagine di ingresso di essere interpretata e classificata senza elaborare i dati in un’unità di calcolo separata.
L’OLED è stato fabbricato dai ricercatori utilizzando materiali e metodi già ampiamente usati nella produzione di OLED. Come tale, ha il potenziale per un uso a breve termine in nuovi tipi di display e applicazioni di imaging upconversion, oltre a offrire una nuova piattaforma per il riconoscimento delle immagini e l’optoelettronica neuromorfica.
Utilizzare materiali e processi già disponibili può anche migliorare significativamente la costo-efficacia e scalabilità della tecnologia per le applicazioni future.
Altre Innovazioni nella Visione Notturna
Tra le innovazioni in corso nel campo della NV, più recentemente, un team di ingegneri ha preso ispirazione dai sistemi ottici dei gatti per sviluppare un nuovo tipo di fotocamera in grado di catturare immagini al buio. Il dispositivo è anche in grado di vedere attraverso il camuffamento, rendendolo utile in applicazioni a lungo raggio come i droni militari.
Quindi, gli occhi dei gatti brillano in una stanza buia, cosa che avviene perché l’occhio felino presenta il tapetum lucidum, una struttura che riflette la luce. La retina dell’occhio del gatto non solo assorbe la luce che lo colpisce direttamente, ma anche quella riflessa dal tapetum lucidum, fornendo così ai gatti una visione notturna migliorata.
Questo non è tutto. Gli occhi dei gatti domestici hanno un’altra caratteristica, una pupilla verticale, comune nei predatori ad agguato di piccole dimensioni. Ciò che fa questa pupilla verticale è fornire ai piccoli felini una percezione della profondità migliorata. Queste pupille li aiutano a focalizzare il bersaglio filtrando il rumore di fondo.
Quindi, per ricreare queste strutture, ingegneri di diverse università sudcoreane, guidati da Young Min Song, professore al Gwangju Institute of Science and Technology, hanno fabbricato un’apertura di fotocamera verticale. Quando combinata con un array di fotodetectori in silicio con riflettori d’argento, ha simulato la doppia assorbimento di luce del tapetum lucidum.
Secondo la nuova ricerca, quando testato puntando a un oggetto a forma di topo nascosto a varie distanze, il dispositivo ha distinto con successo la forma nonostante il camuffamento.
Tuttavia, non è privo di errori. Il sensore d’immagine artificiale non è così acuto come quello che i gatti possiedono naturalmente. Le pupille a forma di fessura della fotocamera a occhio di gatto significano che ha un campo visivo ridotto. Per superare questa limitazione, gli ingegneri propongono dispositivi che usano questa fotocamera per imitare la testa e i muscoli delle spalle del gatto per una duplicazione completa del movimento felino.
Questo non è la prima volta che i ricercatori hanno tratto ispirazione dalla natura. La tecnologia ispirata biologicamente è estremamente popolare e comune. Anche le lenti sono state create in questo modo, sfruttando la biologia di seppie, pesci elefante e gamberi mantide. Gli occhi dei gatti, in particolare, offrono promesse per condizioni di scarsa illuminazione e “potenziale per facilitare il dispiegamento di robot mobili in una varietà di applicazioni robotiche non convenzionali sostituendo gli esseri umani” nei robot di sorveglianza, senza pilota veicoli, e droni militari, ha osservato lo studio.
Qualche mese fa, un altro ricercatore ha adottato un nuovo approccio totalmente ottico per migliorare la visione infrarossa, rivoluzionando la tecnologia della visione notturna. Per questo, il Centre of Excellence for Transformative Meta-Optical Systems (TMOS) del Australian Research Council ha creato un filtro infrarosso estremamente sottile.
Essendo più sottile di una pellicola trasparente, può persino posarsi sopra gli occhiali, permettendo a chi li indossa di vedere simultaneamente sia lo spettro infrarosso sia quello della luce visibile. La nuova tecnologia ridurrebbe notevolmente il peso della tecnologia a meno di un grammo.
Con tali vantaggi, la tecnologia risultante può trovare opportunità significative nella sorveglianza di imaging biologico e nelle industrie di navigazione autonoma.
Per la ricerca, il team ha utilizzato la tecnologia di upconversion basata su metasuperficie per fornire un percorso più semplice per l’elaborazione dei fotoni di luce. Qui, i fotoni viaggiano attraverso una metasuperficie risonante, mescolandosi con un fascio di pompaggio.
L’uso di una metasuperficie di niobato di litio non locale aumenta l’energia dei fotoni e, invece di convertirli prima in elettroni, li porta nello spettro della luce visibile. Questo elimina la necessità di raffreddamento criogenico, riducendo così il ‘rumore’ per immagini più nitide nella NV convenzionale e, di conseguenza, può porre fine all’ingombro di questi occhiali.
“Questa è la prima dimostrazione di imaging up-conversion ad alta risoluzione da infrarosso a 1550 nm alla luce visibile a 550 nm in una metasuperficie non locale.”
– Rocio Camacho Morales, autrice dello studio
Parlando della decisione di utilizzare queste lunghezze d’onda, Camacho ha osservato che il 1550 nm è solitamente usato per le telecomunicazioni mentre gli occhi umani sono molto sensibili all’altro. Nelle loro future ricerche, il team amplierà l’intervallo di lunghezze d’onda a cui il dispositivo è sensibile con l’obiettivo di “ottenere imaging IR a banda larga, oltre a esplorare l’elaborazione delle immagini, inclusa la rilevazione dei bordi”.
Aziende che Avanzano la Tecnologia NV
Nel mondo della tecnologia di visione notturna, aziende come L3Harris Technologies (LHX ) (NYSE: LHX), BAE Systems (BSP.DE ) (OTC: BAESY) e Leonardo stanno contribuendo a far progredire il settore.
Tra queste, L3Harris è un attore principale nella difesa e nell’aerospazio, producendo occhiali e sistemi di visione notturna avanzati per militari e forze dell’ordine. BAE Systems sviluppa anche tecnologie di visione notturna e imaging infrarosso per applicazioni militari, similmente a Leonardo, il cui equipaggiamento di visione notturna—incluse intensificatori d’immagine e sistemi di imaging termico—serve i settori della difesa, della sicurezza e dell’aerospazio.
Poi c’è FLIR Systems, ora parte di Teledyne Technologies (TDY ) (NYSE: TDY), che produce imaging termico e fotocamere infrarosse utilizzate nei sistemi di visione notturna in vari settori. Raytheon Technologies (NYSE: RTX) è particolarmente nota per la produzione di sistemi infrarossi e di imaging termico, essenziali per le capacità NV nei settori militare e aeronautico.
Ora, diamo uno sguardo più approfondito alle aziende che aiutano a far progredire la tecnologia:
#1. Kopin Corporation (NASDAQ: KOPN)
Un attore chiave nell’avanzamento della tecnologia di visione notturna, Kopin è specializzata nello sviluppo di microdisplay e tecnologie indossabili, inclusi i display heads-up (HUD), componenti cruciali dei moderni sistemi NV.
Nel maggio, l’azienda ha ottenuto un contratto da un cliente della difesa non identificato per sviluppare un sistema di visione notturna digitale a bassa latenza che incorpora la sua tecnologia di microdisplay OLED. Gli occhiali NV analogici sono stati usati nelle operazioni militari per oltre due decenni. Sfruttando sensori digitali efficienti e microdisplay OLED avanzati, il nuovo progetto mira a migliorare le capacità NV con un sistema completamente digitale. Questa integrazione riduce anche le dimensioni e la proiezione dei dispositivi di visione notturna, migliorandone l’efficienza operativa.
KOPN Grafico dei prezzi
Con una capitalizzazione di mercato di 74,23 milioni di dollari, le azioni dell’azienda sono attualmente scambiate a 0,65 $, in calo del 69,77 % YTD. Ha un EPS (TTM) di -0,40 e un P/E (TTM) di -1,53. Per il Q2 2024, Kopin ha registrato un fatturato di 12,3 milioni di dollari, un aumento del 18 % rispetto allo stesso trimestre dell’anno precedente. Il fatturato dei prodotti YoY è aumentato dell’84 %, con un incremento di 5,4 milioni di dollari nei prodotti di difesa e di 0,3 milioni di dollari nei prodotti industriali. Il costo dei ricavi di prodotto è stato di 8,7 milioni di dollari, pari al 79 % dei ricavi netti di prodotto, in calo dal 95 % nel 2Q23. Durante il trimestre, la perdita netta è stata di (5,9) milioni di dollari o (0,05) $ per azione.
Secondo il CEO Michael Murray:
“(Cinque nuovi clienti hanno effettuato ordini di sviluppo, fornendo) opportunità di ricavi di produzione di diversi milioni di dollari all’anno in futuro.”
Ha inoltre condiviso di aver ottenuto la progettazione, lo sviluppo e la produzione del sistema Next Generation-Short Range Interceptor (NG-SRI) dell’Esercito USA, che inizierà nel 2027. Altri contratti includono la ricerca di approcci ottici per i sistemi di Visual Augmentation per l’Esercito USA e la creazione di un metodo per ridurre le dimensioni e il peso delle ottiche necessarie nei sistemi di sensori avanzati per la Marina USA.
#2. Elbit Systems (NASDAQ: ESLT)
Questa azienda di difesa è coinvolta nello sviluppo di occhiali di visione notturna avanzati, sistemi di imaging termico e altri sistemi elettro-ottici per usi sia militari che civili.
Questo mese, Elbit Systems (ESLT ) ha firmato un contratto da 28 milioni di dollari con l’Esercito USA per ulteriori dispositivi monoculari AN/PVS-14 montati sul casco che consentono ai soldati di muoversi rapidamente di notte. Il dispositivo incorpora un illuminatore infrarosso e lenti ad alta ingrandimento per catturare immagini nitide in condizioni di scarsa illuminazione e fino a 150 metri. Questo accordo segue un contratto da 12 milioni di dollari che l’azienda aveva firmato per fornire un numero non divulgato di dispositivi AN/PVS-14 all’esercito. Prima di ciò, nel 2021, l’esercito e Elbit avevano un accordo da 54 milioni di dollari per gli stessi dispositivi.
ESLT Grafico dei prezzi
Con una capitalizzazione di mercato di 8,5 miliardi di dollari, le azioni dell’azienda sono scambiate a 192,24 $, in calo del 9,85 % YTD. Ha un EPS (TTM) di 5,44, un P/E (TTM) di 35,35 e un rendimento da dividendo dell’1,04 %. Per il Q2 2024, Elbit ha riportato un fatturato di 1,6 miliardi di dollari, un reddito netto GAAP di 78 milioni di dollari, un reddito netto Non-GAAP di 93 milioni di dollari, e un backlog di ordini di 21,1 miliardi di dollari. Il flusso di cassa per i sei mesi terminati il 30 giugno 2024 è stato di 26,0 milioni di dollari, in calo rispetto ai 210,7 milioni registrati alla fine della prima metà dell’anno scorso a causa di un aumento delle scorte e dei crediti commerciali.
Parlando dell’aumento del 12 % YoY dei ricavi dell’azienda, il suo CEO Bezhalel (Butzi) Machlis ha dichiarato:
“La continua alta domanda per i nostri prodotti e soluzioni rafforza la nostra posizione di leader di settore.”
Conclusione
La tecnologia di visione notturna è cresciuta esponenzialmente negli ultimi anni, offrendo vantaggi come maggiore compattezza, ridotto consumo energetico e migliore chiarezza dell’immagine. Lo sviluppo di dispositivi basati su OLED sottili, fotocamere ispirate ai gatti e metasuperfici avanzate evidenzia l’importanza della ricerca continua per ottenere risultati ancora migliori, il che può ampliare ulteriormente le potenziali applicazioni della visione notturna, incluso aiutarci a comprendere più a fondo il mondo che ci circonda.
