Ze komen met een micro-spectrometer die zo klein is dat ‘ie in je smartphone past.

Het betekent dat je in de nabije toekomst met je smartphone bijvoorbeeld de CO2-concentratie in de lucht kunt meten of vast kunt stellen of het eten dat je in een restaurant voorgeschoteld krijgt wel vers is. Ook zou je met zo’n micro-spectrometer in je smartphone kunnen vaststellen of een bultje op je lijf kwaadaardig is en hoe het met je bloedglucosespiegel gesteld is. En daarmee begint je smartphone al aardig te lijken op de beroemde tricorder in Star Trek: het handzame en draagbare apparaatje dat men aldaar gebruikt om data te verzamelen en te analyseren.

Klein
De micro-spectrometer is ontwikkeld door onderzoekers van de TU Eindhoven en is zo klein dat hij eenvoudig en goedkoop in een smartphone kan worden ingebouwd. Als klap op de vuurpijl is de micro-spectrometer net zo nauwkeurig als de gangbare spectrometers die in de wetenschap gebruikt worden, maar veel groter zijn (zie kader).

Een spectrometer wordt gebruikt om zichtbaar en onzichtbaar licht te analyseren. Het apparaat is doorgaans heel groot, omdat het licht in verschillende kleuren (frequenties) splitst die apart gemeten worden. Vlak na de lichtsplitsing overlappen de bundels van verschillende frequenties elkaar nog, waardoor heel nauwkeurige metingen pas op tientallen centimeters na de splitsing kunnen worden gedaan.

Valletje
Om een veel kleinere spectrometer te kunnen maken, moesten de onderzoekers het dan ook over een andere boeg gooien. Ze maakten daartoe gebruik van een speciale ‘photonic crystal cavity‘. Dat is een ‘val’ van slechts een paar micrometers groot. Licht dat in deze val belandt, kan niet meer ontsnappen. De val zit in een membraan waarin het gevangen licht een klein elektrisch stroompje opwekt en dat wordt gemeten. De cavity is heel nauwkeurig, omdat deze licht vast houdt van slechts een heel klein frequentiegebiedje en het licht op die frequentie kan dus gemeten worden.

Twee membranen
Maar natuurlijk wil je het liefst een groter frequentiegebied kunnen meten. Om dat te bewerkstelligen, legden de onderzoekers twee van de membranen vlak boven elkaar. De twee membranen beïnvloeden elkaar: als de afstand tussen de twee membranen verandert, dan schuift ook de lichtfrequentie die de sensor kan waarnemen, op. Met behulp van een elektromechanisch bewegingsmechanisme kunnen de onderzoekers de afstand tussen de membranen – en daarmee ook de gemeten frequentie – laten variëren. Het resultaat is een sensor die uiteindelijk een golflengtegebied van ongeveer 30 nanometer beslaat. Binnen dat gebied kan de spectrometer ongeveer honderdduizend frequenties onderscheiden. Dat betekent dat de micro-spectrometer uitzonderlijk nauwkeurig is en dat wordt mogelijk gemaakt door het feit dat de onderzoekers de afstand tussen de twee membranen op enkele tientallen femtometers (10^-15 meter) nauwkeurig kunnen bepalen.

Bewegingsmeter
Natuurlijk hebben de onderzoekers hun micro-spectrometer getest. Zo maakten ze bijvoorbeeld – door slim gebruik te maken van het feit dat de waargenomen frequentie verandert als de twee membranen ten opzichte van elkaar bewegen – een extreem gevoelige bewegingsmeter.

Helemaal tevreden zijn de onderzoekers nog niet over hun micro-spectrometer. Zo willen ze onder meer het waarneembare spectrum ervan (de meter beslaat nu een paar procent van het meest bruikbare spectrum: het nabij-infrarood) verbreden. Maar uiteindelijk zal deze spectrometer hoe dan ook een plekje krijgen in de smartphone van de toekomst, zo verwachten de onderzoekers. We moeten alleen wel even geduld hebben: het kan zeker nog wel een jaar of vijf duren voor de micro-spectrometer klaar is voor integratie.