빛의 칩: 대부분의 장치에서 전자 전류는 "트랜지스터"라고 하는 작은 기능이 흐름을 제어하는 온/오프 스위치 역할을 하는 마이크로칩을 통해 이동한다. 하지만 전자 마이크로칩이 유일한 종류는 아니다.

작은 빛 입자의 흐름을 조작하는 광자 마이크로칩도 있다. 이러한 칩은 더 빠른 데이터 전송, 더 적은 열 발생 및 더 작은 크기를 포함하여 전자 칩에 비해 몇 가지 장점이 있다.

광자 마이크로칩을 방해하는 한 가지는 광원이 일반적으로 칩 외부에서 나와야 하므로 칩의 효율성이 떨어지고 확장성이 제한된다는 것이다.

이 문제를 해결하기 위해 SMART(싱가포르-MIT 연구 및 기술 연합Singapore-MIT Alliance for Research and Technology)의 연구원들은 폭이 1밀리미터 미만인 세계에서 가장 작은 발광 다이오드(LED)를 개발했다.

2023년 2월, 그들은 작은 LED를 다른 광자 및 전자 부품과 함께 마이크로칩에 통합했다고 보고했다. 이제 그들은 세계에서 가장 작은 홀로그램 현미경을 만드는 또 다른 LED 응용 프로그램을 시연했다.

작동 방식: 무 렌즈 홀로그램 현미경은 과학 수업에서 실험한 종류인 광학 현미경과 다르게 작동한다.

광학 현미경에는 연구 중인 대상을 확대하기 위해 빛을 구부리는 렌즈가 있지만 홀로그램 종류는 컴퓨터 알고리즘이 고해상도 3차원 이미지를 구성하는 데 사용할 수 있는 측정값을 생성하는 방식으로 물체를 비춘다.

홀로그램 현미경의 주요 구성 요소는 광원, 마이크로 칩 및 이미지 센서이며 광학 현미경에는 빛, 렌즈 및 거울이 필요하다. 이를 통해 홀로그램 현미경은 더 저렴하고 더 콤팩트할 뿐만 아니라 더 휴대할 수 있다.

세계에서 가장 작은 홀로그램 현미경을 만들기 위해 SMART 팀은 LED를 마이크로칩에 통합했을 뿐만 아니라 해상도를 20미크론(머리카락 직경의 약 1/5)으로 향상시키는 새로운 알고리즘을 개발했다.

홀로그램 현미경의 구성 요소 다이어그램.  이미지 출처: 싱가포르-MIT 연구 및 기술 연합(SMART)

전망: 연구원들은 그들의 기술이 칩과 소프트웨어를 수정하기만 하면 스마트폰 카메라를 홀로그램 현미경으로 전환하는 데 사용할 수 있을 만큼 작다고 말한다.

이러한 종류의 휴대용 현미경은 무수한 용도로 사용될 수 있다. 예를 들어, 의료 종사자들은 그들과 함께 인간 조직을 연구할 수 있고, 농부들은 스마트폰을 꺼내서 식물의 세포를 그 자리에서 연구할 수 있다.

한편, SMART의 작은 LED는 광자 마이크로 칩과 아마도 배고픔을 조절하고 통증을 완화하는 등 동물 연구에서 사용된 조명 제어 의료 임플란트 모두에서 현미경을 넘어서 훨씬 더 많은 용도를 가질 수 있다.

"우리의 혁신은 마이크로 LED를 사용해야 하는 수많은 응용 분야에 막대한 영향을 미칠 수 있는 개념 증명을 나타낸다."라고 주저자인 강익성(Iksung Kang)은 말했다.