V kostce
Lidské oko vidí jen malou část elektromagnetického spektra a infračervené fotony mají příliš nízkou energii na aktivaci běžných zrakových pigmentů. Tradiční přístroje proto neviditelné záření nejprve zachytí a převedou na viditelný obraz, často zelený nebo černobílý.
Nový prototyp využívá kvantové tečky z teluridu rtuti a dvouvrstvý OLED, který mění barvu podle energie a intenzity příchozího infračerveného signálu. Výsledná barva není „skutečnou barvou“ objektu za denního světla, ale novým kódem pro informace z infračerveného spektra.
Experimentální zařízení váží 23 gramů a je částečně průhledné. Výzkumníci zatím pracují s laboratorním prototypem, jehož účinnost, materiál i výkon je třeba výrazně zlepšit před praktickým nasazením.
Prototyp o hmotnosti pouhých 23 gramů převádí různé infračervené signály na různé viditelné barvy a umožňuje člověku současně sledovat běžný svět i informaci, kterou lidské oko přirozeně vůbec nezachytí.
Nejde ještě o brýle připravené pro vojáky nebo záchranáře. Z fyzikálního hlediska však ukazují cestu k tomu, aby infračervený svět přestal být jen zelenou nebo šedou mapou jasu.
Zelená nebyla barvou noci
Klasické zesilovače obrazu fungují jinak než běžná digitální kamera. Slabé světlo vstoupí objektivem, fotokatoda přemění fotony na elektrony, jejich počet se v mikrokanálkové destičce zesílí a elektrony nakonec dopadnou na fosforovou obrazovku. Ta znovu vytvoří viditelný obraz.
Barvu tedy neurčuje krajina před pozorovatelem. Určuje ji fosfor uvnitř přístroje.
Po desetiletí se používal především zelený fosfor P43. Zelená nabízí výhodný kompromis mezi jasem, kontrastem a schopností lidského oka rozlišovat jemné rozdíly. Novější vojenské systémy proto už dávno nejsou výhradně zelené; rozšířil se například bílý fosfor, který vytváří obraz bližší černobílé fotografii. Americké hodnocení systémů nočního vidění připomíná, že volba mezi zelenou a bílou je do značné míry závislá na aplikaci a uživateli.
Pořád však jde v zásadě o monochromatický svět. Informace je zakódována hlavně do rozdílů jasu.
Nový systém se pokouší přidat ještě další dimenzi: barvu.
Infračervený foton naše oko jednoduše neaktivuje
Viditelná část spektra člověka končí přibližně u vlnové délky 700 nanometrů. Za ní začíná infračervená oblast. Objekt přitom může odrážet nebo vyzařovat obrovské množství elektromagnetického záření, které kolem nás fyzicky existuje, ale oko na něj nereaguje.
Důvod není psychologický. Infračervený foton nese příliš málo energie na to, aby spustil potřebnou změnu molekuly retinalu ve zrakových pigmentech.
Technologie proto musí informaci přeložit.
Tým vedený výzkumníky z Beijing Institute of Technology použil přibližně čtyřnanometrové koloidní kvantové tečky z teluridu rtuti. Jejich chování závisí na kvantovém omezení elektronů uvnitř mimořádně malých částic. Různé infračervené vlnové délky a intenzity tak vyvolávají odlišnou produkci elektrických nábojů.
Ty následně vstupují do speciálně navrženého OLED se dvěma emisními vrstvami. Jedna vytváří červené, druhá azurové světlo.
Barva není rekonstrukcí skutečnosti. Je to nový jazyk
Nejslabší nebo energeticky méně výrazné infračervené signály aktivují především červenou část systému. Jak se mění vlnová délka nebo roste množství vytvořeného náboje, zapojí se také azurová emisní vrstva. Výsledný odstín tedy nese informaci současně o spektru a intenzitě.
Tady je nutné zabránit jednomu snadnému nedorozumění.
Brýle neukazují, že například neviditelný infračervený předmět je „ve skutečnosti červený“. Barvu mu přidělují. Jde o podobný princip jako u meteorologické mapy, kde modrá a červená představují různé teploty.
Novinka spočívá v tom, že barva není přidávána až následným digitálním algoritmem na displeji. Je součástí samotného optoelektronického převodu signálu.
Autoři studie uvádějí, že díky barevnému rozlišení dokáže lidský zrak rozlišovat jemné rozdíly infračerveného signálu podstatně lépe než v systému založeném pouze na změnách jasu. V laboratorním měření dosáhl prototyp fotonové účinnosti 3,85 procenta a citlivosti až za hranici dvou mikrometrů.
Člověk přitom nemusí přijít o normální svět
Jedna z nejzajímavějších vlastností prototypu je průhlednost. Běžné viditelné světlo může procházet sklem k oku, zatímco zařízení současně vytváří dodatečný barevný obraz infračerveného signálu.
Výzkumníci sestavili nositelný prototyp o hmotnosti přibližně 23 gramů a při experimentech zobrazovali infračerveně osvětlené tvary a pohybující se objekty. Brýle dokázaly promítnout jejich barevně kódované obrazy přímo do zorného pole.
Takový princip je potenciálně zajímavý nejen pro vojáky. Záchranář by mohl současně vidět prostředí a dodatečnou informaci mimo běžné spektrum. Technik by mohl rozlišovat infračervené komunikační signály. Lékařská zobrazovací technika by mohla spojit přirozený obraz s informací z jiného pásma.
Výzkumníci jdou ještě dál a uvažují o propojení konverzních materiálů přímo s biologickými světločivnými systémy. To už ale patří k podstatně vzdálenější budoucnosti.
Není to totéž jako termokamera
„Infračervené vidění“ často automaticky vyvolá představu lidí zářících podle teploty. Jenže infračervené spektrum je rozsáhlé.
Klasické termokamery obvykle sledují dlouhovlnnější záření emitované teplými objekty. Nový systém pracuje se spektrem sahajícím přes dva mikrometry, tedy především s bližšími a krátkovlnnými infračervenými oblastmi.
Člověka proto zatím nepromění v Predátora z hollywoodského filmu.
Podobně experimentální kontaktní čočky zveřejněné v roce 2025 dokázaly pomocí upkonverzních nanočástic převést blízké infračervené signály do viditelných barev. Nedokázaly ale zachytit slabé přirozené tepelné záření okolních objektů.
Výzkum se tak pohybuje po několika paralelních cestách: citlivější elektronické senzory, optické převodníky, kvantové materiály i počítačové skládání obrazů.
Zelené brýle proto zítra nezmizí
Současné vojenské zesilovače obrazu mají obrovskou výhodu: jsou technologicky vyspělé, extrémně citlivé a po desetiletích vývoje velmi dobře známé. Nejmodernější přístroje navíc kombinují zesílení obrazu s termálním kanálem a digitálními překryvy.
Nový barevný převodník je proti tomu laboratorní demonstrace.
Používá tellurid rtuti, což otevírá otázky toxicity a budoucí regulace. Účinnost je stále nízká a technologie bude muset fungovat nejen proti čistému laboratornímu pozadí, ale také v dešti, mlze, městském světelném smogu, pohybu a množství současných infračervených zdrojů.
Vývoj ale ukazuje něco hlubšího. Noční vidění se už nemusí snažit pouze udělat neviditelné světlejším. Může začít překládat různé části elektromagnetického spektra do vizuálního jazyka, který je pro náš mozek přirozenější.
Budoucí tma tak možná nebude zelená.
Nebude ovšem ani barevná tak, jak ji známe za dne. Dostane barvy, které příroda našim očím nikdy nepřidělila.
Věděli jste, že...
...lidský zrak zachytí jen nepatrný zlomek elektromagnetického spektra? Rádiové vlny, mikrovlny, infračervené i ultrafialové záření mohou být kolem nás přítomné ve stejnou chvíli, aniž z nich naše oko samo uvidí cokoli.
MOHLO BY SE VÁM TAKÉ LÍBIT
Zdroje: Kód Enigma [1], Science Advances – Multispectral infrared-to-full-color upconversion expanding human vision [2], TechXplore – Prototype glasses can turn infrared into color vision [3], DARPA – ENVision [4], L3Harris – Owning the Night Through Fused Vision [5], Cell / The Guardian – Infrared contact lenses and human vision [6], img ai generated