Исследователи из Японии изобрели камеру, способную снимать голограммы внутренних органов живых организмов в реальном времени, работа была опубликована на EurekAlert. Технология сочетает в себе голографические методы записи с высокоскоростными проекциями.

В разработке исследователи из Университета Кобе в Японии представили новаторскую систему камер, способную снимать трехмерные видео с помощью однопиксельного датчика. Этот подход сочетает в себе последние голографические методы записи с высокоскоростными проекциями, обеспечивая беспрецедентные возможности. Новая технология включает возможность визуализировать объекты, которые скрыты рассеивающей средой или даже невидимыми длинами волн света.

Голограммы всех форм и размеров встречаются в фильмах и видеоиграх, но в реальности таких голограмм пока нет, но есть имитирующие их технологии, которые уже используются в медицине, связи и концертах. Некоторые же голограммы в 2025 г. можно даже потрогать. Созданная же японскими учеными камера, обещает малоинвазивное наблюдение за внутренними органами людей и другие применения, где нужна микро- и 3D-визуализация.

Принцип голографической микроскопии заключается в том, что свет, проходя сквозь образец, меняет не только свою интенсивность, но и фазу. Совместив такой лазерный луч с референтным, можно получить трехмерную голограмму. Потенциально, голограмма содержит гораздо больше информации об объекте, чем плоское изображение в традиционной микроскопии. Однако, для ее использования требуется предварительная расшифровка.

В 2025 г. голографические изображения без применения лазеров (когерентного света) создаются с использованием двух методов: Fresnel Incoherent Correlation Holography (FINCH) для видимого спектра и Optical Scanning Holography (OSH) для диапазонов за пределами видимого света. FINCH позволяет записывать голограммы движущихся объектов, тогда как OSH подходит только для неподвижных объектов, но работает в ультрафиолетовом, инфракрасном и терагерцевом диапазонах, где отсутствуют подходящие матрицы для регистрации изображений.

Методы FINCH и OSH используют отраженный, рассеянный естественный свет или люминесценцию, что упрощает и удешевляет их применение по сравнению с лазерными голографическими системами. Каждый метод имеет свои сильные и слабые стороны, но японские ученые разработали однопиксельную платформу, объединяющую преимущества обоих подходов. Эта технология позволяет снимать голографические видео даже через светорассеивающие препятствия, открывая новые возможности для практического использования уже в ближайшем будущем.

Модернизированная установка OSH использует сканирующую зеркальную систему, которая проецирует на объект специальные узоры. Эти узоры, за счет интерференции, позволяют воссоздавать объемное изображение. Отраженный свет улавливается однопиксельным датчиком и обрабатывается компьютером, а в некоторых случаях — с применением искусственного интеллекта (ИИ) для повышения качества реконструкции.

Модернизированная система OSH значительно увеличила частоту подсветки объекта с 60 Гц в традиционных сканерах до 22 кГц, что позволило приблизиться к созданию динамических голографических изображений. В эксперименте камера обеспечивала скорость съемки 1 кадр в секунду (к/с), но ученые планируют довести ее до 30 к/с для создания полноценного видео, как в кино. Эта разработка открывает перспективы для голографической микроскопии, упрощая исследования в биологии и медицине.

Дальнейшее развитие будет иметь важное значение для совершенствования возможностей системы. Со слов исследователей, увеличение количества точек выборки и улучшение качества изображения являются ключевыми проблемами, которые необходимо решить. Для решения этих проблем исследовательская группа сосредоточилась на оптимизации шаблонов, проецируемых на образцы, и внедрении алгоритмов глубокого обучения, предназначенных для преобразования необработанных данных в связные изображения, пригодные для анализа.

Цифровая голография – способ регистрации 3D-информации с помощью цифровых камер. Сегодня она уже имеет широкое практическое применение, а в перспективе, как уверены ученые, будет незаменима в целом ряде областей, от медицины до астрономии.

Широкое развитие цифровой голографии началось сравнительно недавно, что связано с появлением качественных цифровых камер, однако уже получен целый ряд впечатляющих результатов. Со слов доцента Национального исследовательского ядерного университета (МИФИ) Павла Черемхина, при помощи цифровой голографии можно создавать реальную трехмерную визуализацию объектов и сцен. При этом не требуется специальных очков для наблюдения сцен или специального позиционирования наблюдателя. На этом принципе сейчас активно разрабатываются 3D-дисплеи, позволяющие визуализировать качественные изображения. Как уверены ученые, приближается момент, когда цветные изображения с голограмм будут сходны по качеству цветопередачи с фотографиями, воспроизводя при этом трехмерный образ объекта.

Со слов ученых из МИФИ, одно из текущих достижений – связь в 5G с использованием голографических принципов для создания образа собеседника. Специалисты считают, что уже через несколько лет возможен переход этой технологии в формат коммерческой услуги.

Крайне перспективным направлением является 3D-печать при помощи голограмм. Голографическое изображение детали разбивается сечениями на проекции и затем под программным контролем осуществляется быстрая послойная печать каждой проекции.

Активно развиваются направления цифровой голографии, применимые в научных и прикладных исследованиях: голографическая микроскопия (визуализация микро- и нанообъектов) и голографическая интерферометрия (динамическая регистрация изменения параметров объекта – температуры, формы, показателя преломления).

Кроме того, с 2020 г. цифровая голография уже находит широкое применение в медицинской и биологической визуализациях, в системах кодирования, передачи и хранения данных, а также позволяет повысить защищенность продукции, денежных знаков и банковских карт.

Несмотря на возросшие риски, связанные с торговой политикой, текущие данные за первый квартал 2025 года свидетельствуют о том, что недавно объявленные тарифы не оказали прямого влияния на продажи электроники и интегральных схем (ИС). Продажи электроники снизились на 16% по сравнению с предыдущим кварталом (QoQ) в первом квартале 2025 года и остались на прежнем уровне в годовом исчислении (YoY), что соответствует традиционным сезонным тенденциям. Продажи ИС сократились на 2% по сравнению с предыдущим кварталом, но выросли на 23% в годовом исчислении, что отражает продолжающиеся инвестиции в искусственный интеллект и высокопроизводительную вычислительную инфраструктуру.

«Хотя в первом квартале 2025 года новые тарифы не оказали прямого влияния на продажи электроники и микросхем, неопределённость в отношении глобальной торговой политики побуждает одни компании ускорять поставки, а другие приостанавливать инвестиции, — сказал Кларк Ценг, старший директор по анализу рынка в SEMI. — Эта динамика «тяни-толкай» может привести к нетипичной сезонности в оставшейся части года, поскольку отрасль адаптируется к изменениям в цепочке поставок и тарифах».

Капитальные затраты на производство полупроводников (CapEx) снизились на 7% в квартальном исчислении, но выросли на 27% в годовом исчислении, поскольку производители продолжали вкладывать значительные средства в передовую логику, высокопроизводительную память (HBM) и усовершенствованную упаковку для поддержки приложений на основе ИИ. Капитальные затраты на производство памяти выросли на 57% в годовом исчислении в первом квартале 2025 года, в то время как капитальные затраты на производство других компонентов выросли на 15% в годовом исчислении, что подчеркивает внимание отрасли к инновациям и устойчивости.

В первом квартале 2025 года расходы на оборудование для производства пластин (WFE) выросли на 19% по сравнению с прошлым годом и, по прогнозам, увеличатся ещё на 12% во втором квартале за счёт значительных инвестиций в производство передовой логики и памяти для поддержки быстрого внедрения полупроводников с искусственным интеллектом. В первом квартале расходы на испытательное оборудование выросли на 56% по сравнению с прошлым годом и, как ожидается, увеличатся на 53% во втором квартале, что отражает возросшую сложность и строгие требования к производительности при тестировании микросхем с искусственным интеллектом и HBM. Производство сборочного и упаковочного оборудования также продемонстрировало двузначный рост, чему способствовало стремление отрасли к более плотной интеграции и усовершенствованным упаковочным решениям.

«Рынок WFE готов к стабильному росту, обусловленному государственными инвестициями и достижениями в области полупроводников, особенно в сфере искусственного интеллекта и новых технологий, — сказал Борис Методиев, директор по анализу рынка в TechInsights. — Однако геополитическая неопределённость, включая ограничения на экспорт и потенциальные тарифы, создаёт значительные риски, которые могут повлиять на эту положительную тенденцию».

В соответствии с ростом инвестиций в капитальное оборудование, глобальные производственные мощности по выпуску полупроводниковых пластин растут и, по прогнозам, превысят 42,5 млн пластин в квартал (в эквиваленте 300-миллиметровых пластин), что отражает рост на 2% в квартальном исчислении и на 7% в годовом исчислении в первом квартале 2025 года. Китай продолжает лидировать среди регионов по расширению производственных мощностей, хотя ожидается, что в ближайшие кварталы темпы роста замедлятся. Примечательно, что в Японии и на Тайване наблюдается самый значительный квартальный рост производственных мощностей, обусловленный значительными инвестициями в производство силовых полупроводников в Японии и запуском передовой литейной фабрики на Тайване.

Заглядывая в будущее, SEMI и TechInsights ожидают, что в 2025 году в отрасли будут наблюдаться нетипичные сезонные колебания, поскольку компании столкнутся с двойными проблемами: неопределённостью в торговой политике и адаптацией цепочек поставок. В то время как спрос на технологии искусственного интеллекта и центры обработки данных остаётся высоким, в других сегментах могут наблюдаться задержки в инвестициях или сдвиги в спросе, поскольку рынок реагирует на меняющиеся тарифы и геополитическую неопределённость.

Китай переходит на сотовую связь нового поколения – 5G-A. Как пишет портал MyDrivers, пропускная способность таких сетей в 10 раз выше на фоне обычных сетей 5G – 10 Гбит/с против 1 Гбит/с.

Иными словами, 5G-A позволяют скачивать информацию на скорости до 1,25 ГБ/с. То есть стандартный 1,45-гигабайтный фильм с известных каждому россиянину ресурсов можно скачать чуть более, чем за секунду.

Для сравнения, в России до сих пор нет 5G – операторы выжимают последние соки из морально устаревших сетей 4G или LTE. В нескольких регионах скорость в них перевалила за 100 Мбит/с, но это все еще в 100 раз меньше, нежели в сетях 5G-A – всего лишь около 12,5 МБ/с.

Первым сотовым оператором в Китае, который предоставил своим абонентам доступ к сотовым сетям 5G-A, стал China Telecom, крупнейший на китайском рынке мобильной связи. Полноценный запуск сетей запланирован на 17 мая 2025 г. – в этот день ежегодно отмечается Всемирный день электросвязи и информационного общества. Этот праздник учрежден резолюцией Генеральной Ассамблеи ООН в марте 2006 г.

China Telecom обещает своим абонентам массу преимуществ при использовании сотовых сетей нового поколения. Например скорость загрузки, она же Upload Speed, которая почти всегда ниже скорости скачивания, будет достигать 3 Гбит/с или около 384 МБ/с. Несмотря на четырехкратную разницу со скоростью скачивания, 3 Гбит/с – это по-прежнему внушительное значение.

China Telecom также пообещал возможность прямого подключения смартфона к спутниковым каналам связи и дополнительные бонусы в виде пользования приложениями на базе искусственного интеллекта, включая защиту от мошенников и спама и облачное хранилище с поддержкой нейросетей.

Как пишет MyDrivers, China Telecom собирается запустить 5G-A именно в коммерческую эксплуатацию. Это означает, что подключиться к новым сетям, в теории, сможет любой человек, находящийся на территории Китая и обладающий устройством с поддержкой 5G-A. Это необязательно должен быть именно мобильный гаджет – например, подойдет современный офисный или домашний роутер со слотом для SIM-карты, способный раздавать по Wi-Fi не только проводной интернет, но и мобильный.

Непосредственно коммерческому запуску сетей 5G-A в Китае предшествовала длительная подготовка. Она включала в себя тестирование на территории почти всей страны. MyDrivers пишет, что проверка связи проходила в 31 провинции Китая, однако в настоящее время в Китае насчитывается лишь 23 провинции в дополнение к пяти автономным районам, четырем городам центрального подчинения и двум специальным административным районам.

По данным MyDrivers, на момент запуска доступ к китайским сетям 5G-A появится у 50 млн человек. При этом портал не приводит темпы распространения этой технологии.

На деле это крайне маленькое значение, потому что на начало 2025 г. в Китае проживало около 1,45 млрд человек. Но даже если брать во внимание исключительно абонентскую базу China Telecom, лишь приблизительно восьмая ее часть сможет подключиться к 5G-A в первых день работы этих сетей.

На начало 2024 г. услугами China Telecom пользовалось около 409 млн человек. Из них лишь 322 млн были подключены к сетям 5G.

Разработка стала шагом к мгновенной визуальной обработке данных в автономных транспортных средствах, продвинутой робототехнике и других приложениях нового поколения для улучшения взаимодействия с человеком.

«Нейроморфные системы зрения используют аналогичную нашему мозгу аналоговую обработку, что может значительно сократить расход энергии при выполнении сложных визуальных задач по сравнению с цифровыми технологиями, используемыми сегодня», — сказал Валиа, директор Центра оптоэлектронных материалов и датчиков RMIT (COMAS).

Устройство содержит металлическое соединение, с дефектами на уровне атомов, известное как дисульфид молибдена, или MoS2. Эти дефекты можно использовать для захвата света и обработки его в виде электрических сигналов, подобно тому, как работают нейроны в нашем мозге.

«Это экспериментальное устройство имитирует способность человеческого глаза улавливать свет и способность мозга обрабатывать эту визуальную информацию, позволяя ему мгновенно реагировать на изменения в окружающей среде и сохранять воспоминания без необходимости использовать огромные объёмы данных и энергии», — сказал Валиа.

«Современные цифровые системы, напротив, очень энергозатратны и не могут справляться с растущим объёмом и сложностью данных, что ограничивает их способность принимать «правильные» решения в реальном времени».

Во время экспериментов устройство обнаруживало изменения в движении машущей руки без необходимости фиксировать события кадр за кадром — это называется обнаружением границ, которое требует значительно меньше обработки данных и энергии. Как только изменения были обнаружены, устройство сохранило эти события в памяти, как мозг. Исследователи создали спайковую нейронную сеть (SNN), используя особенности реакции MoS₂ на свет. Эта модель показала точность 75% при распознавании статичных изображений после 15 циклов обучения и 80% — при обработке динамических задач после 60 циклов.