Российские квантовые матрицы изменят возможности инфракрасных камер
Современный мир становится все более «зрячим». От беспилотных автомобилей до агродронов – технике необходимо «видеть» мир не хуже, а даже лучше человека. Человеческое зрение ограничено. В туман, дым, ночью для него окружающий мир превращается в серую пелену, чего не скажешь о компьютерном зрении.
На форуме «Микроэлектроника 2026» холдинг «Швабе» (входит в Ростех) представил новое поколение фотоприемных матриц для инфракрасных камер, работающих в расширенном спектральном диапазоне eSWIR. Этот диапазон охватывает не только коротковолновое инфракрасное излучение, но и видимый свет, что делает сенсоры «всевидящими».
Точки развития
Обычная камера видит только то, что видит человеческий глаз – свет в видимом диапазоне. Но если на улице туман, дым, темнота или пыль, обычная камера «слепнет». Инфракрасные камеры (SWIR) «видят» чуть больше – они улавливают коротковолновое инфракрасное излучение, которое проходит сквозь дым и туман. Но такие камеры очень дорогие и сложные в производстве.
Российские ученые предложили делать светочувствительный слой камеры не из традиционных дорогих материалов, а из коллоидных квантовых точек. Эти очень маленькие кристаллы (от 2 до 10 нанометров) обладают удивительным свойством: в зависимости от их размера они поглощают и излучают свет разной длины волны. Маленькие точки – синий свет, точки побольше – красный, еще больше – инфракрасный. То есть, просто меняя размер «шариков» в слое, можно «настроить» камеру на нужный диапазон – от видимого света до инфракрасного. При этом сам материал можно наносить на подложку как краску или чернила – это гораздо проще и дешевле, чем выращивать сложные полупроводниковые структуры.
Созданием новинки занимается ГНЦ РФ НПО «Орион» (входит в холдинг «Швабе») в тесной кооперации с МФТИ и Физико-техническим институтом им. А. Ф. Иоффе РАН при поддержке Фонда перспективных исследований.
От искусства до сортировки
В 2021 году SWIR-камеры холдинга успешно прошли испытания в экстремальных климатических условиях Арктики. На тематической выставке «Швабе» представил и другие свои технологические новинки – камеры, которые обнаруживают возгорания, взрывчатые вещества, опасные химикаты. Технологии взяли «на вооружение» профильные ведомства, например, МЧС.
В 2022 году технологию решили приобщить к искусству. Камеры помогали реставраторам Музея русской иконы изучать скрытые слои произведений, устанавливая подлинность работ. В 2023 году SWIR-камеры занялись анализом горных пород и сортировкой отходов, определяя характеристики материалов.
В прошлом году был представлен первый российский матричный фотоприемник на основе коллоидных квантовых точек. И вот российская фотоника пополнилась сложнейшими микроэлектронными компонентами – eSWIR-матрицами. Для сквозной разработки фотоприемных устройств и матриц для технического зрения холдинг «Швабе» объединил усилия ведущих конструкторских бюро и институтов. Российские разработчики подчеркивают, что создание собственных сенсоров расширенного спектрального диапазона снижает зависимость от зарубежных поставщиков сложных компонентов.
Глаза для будущих технологий
Матрицы нового поколения – это основа для систем технического зрения, которые могут работать в самых экстремальных условиях. Там, где обычные камеры слепнут, eSWIR-сенсоры продолжают видеть. В медицине это даст более точную диагностику. На транспорте – повышение эффективности систем зрения беспилотных автомобилей и поездов в плохую погоду. В сельском хозяйстве – мониторинг состояния растений и почв с помощью дронов, выявление водного стресса на ранних стадиях. В энергетике и экологии с помощью новинки можно проводить поиск утечки газа и контроль природных объектов. Ну и, конечно, разработка гарантирует более совершенные системы безопасности и умный мониторинг городской инфраструктуры.
Объем российского рынка видеонаблюдения по итогам 2025 года достиг 67,6 миллиарда рублей. К 2030 году он может удвоиться и достигнуть отметки в 135 миллиардов рублей. Сегмент недорогих SWIR-сенсоров сегодня активно развивается, и спрос на них растет в промышленной автоматизации, робототехнике и экологическом мониторинге. И разработка «Швабе» займет одно из главных мест на этом рынке.
