Brýle z kvantových teček mění infračervené světlo na barvy, zatím jen v laboratoři

Lidské oko infračervené záření nevidí. Fotony s energií pod zhruba 1,6 elektronvoltu nedokážou spolehlivě spustit přeměnu barviva ve světlocitlivých buňkách sítnice, takže víc než polovina energie, kterou vyzařuje Slunce, zůstane oku skrytá. Přístroje to obcházejí tak, že infračervený obraz převedou na viditelný, u zesilovačů jasu skoro vždycky do zelené. Rozdíl mezi vlnovými délkami se v tom kroku ztratí.

Tým ze School of Optics and Photonics, tedy fakulty optiky a fotoniky pekingského Beijing Institute of Technology, který vedli Xin Tang a Ge Mu, popsal v časopise Science Advances zařízení, jež z infračerveného světla dělá barvy. Práce vyšla 29. července 2026 ve svazku 12, čísle 31.

Delší vlna svítí červeně, kratší přidá azurovou

Základem je vrstva koloidních kvantových teček z teluridu rtuti. Kvantová tečka je nanokrystal tak malý, že se v něm elektrony chovají jako v jámě s pevně danými hladinami energie; jaké fotony pohltí, určuje její velikost. Tahle vrstva pohlcuje infračervené světlo a mění ho na volné nosiče náboje. Na ní je organická dioda se dvěma zářivými vrstvami, červenou a azurovou, oddělenými bariérou, přes kterou díry neprojdou snadno. Díra je v polovodiči místo, kde elektron chybí, a chová se jako kladný náboj.

Když je infračerveného světla málo nebo má dlouhou vlnu, nosičů vznikne málo, všechny je zachytí červená vrstva a zařízení slabě svítí červeně. S rostoucí intenzitou nebo kratší vlnovou délkou nosičů přibude, bariéra se zaplní a díry začnou pronikat i do azurové vrstvy. Vzniká směs obou barev a světlo zesílí. Barva tedy nese vlnovou délku a jas nese intenzitu, přičemž obojí vyjde ze stejného fyzikálního děje, ne z převodní tabulky.

Barva rozliší dvousetkrát jemnější rozdíl než jas

Autoři z toho vyvozují hlavní přínos svého uspořádání. Lidské oko rozezná rozdíl v jasu asi 1 kandelu na metr čtvereční, když se pohybuje kolem 100 kandel; podle výpočtu v článku by tomu odpovídal nárůst infračerveného výkonu o 23,71 miliwattu na centimetr čtvereční. Rozdíl barev na prahu postřehnutelnosti přitom stačí vyvolat přírůstkem 0,11 miliwattu na centimetr čtvereční. To je skoro dvousetkrát méně. Jde o výpočet z prahových hodnot převzatých z literatury, ne o měření na pozorovatelích.

Ostatní čísla jsou měřená. Odezva sahá za 2 mikrometry vlnové délky, tedy do pásma krátkovlnného infračerveného záření. Při osvětlení vlnovou délkou 980 nanometrů dává převodník jas přes 700 kandel na metr čtvereční, což je skoro dvojnásobek proti 1 550 nanometrům. Účinnost převodu, počítaná jako poměr vyzářených viditelných fotonů k pohlceným infračerveným, vyšla 3,85 procenta; autoři sami píšou, že je srovnatelná s dřívějšími jednobarevnými převodníky. Jas roste s výkonem téměř lineárně přes tři řády, od 1 do 1 000 miliwattů na centimetr čtvereční.

Sklo o hmotnosti 23 gramů

Z převodníku tým sestavil poloprůhledné brýlové sklo o hmotnosti 23 gramů s činnou plochou 3,57 centimetru čtverečního. Obraz se promítá přímo na sítnici a běžné viditelné světlo přitom sklem prochází dál, takže nezakrývá normální výhled. Na ukázku nechali autoři na skle vysvítit znak své školy: při 980 nanometrech měl jinou barvu než při 1 550 nanometrech.

Neurony v misce, myši a lidské oko

Druhá část práce zkouší, jestli se převedený signál dostane do nervové soustavy. Převodník autoři podložili pod neurony s vnesenou bílkovinou channelrhodopsin-2 (ChR2), která reaguje na modré světlo. Pod infračerveným osvětlením o vlnové délce 980 nanometrů vydal převodník modré světlo s vrcholem kolem 470 nanometrů a v buňkách se objevily fotoproudy.

Následovala měření na živých tvorech. U myší autoři snímali elektroencefalogram: samotné infračervené pulzy odezvu prakticky nevyvolaly, s převodníkem se objevila zřetelná. U lidských dobrovolníků se měřil elektroretinogram, tedy elektrická odpověď sítnice. Bez převodníku žádná, s ním odpovědi časově sladěné s pulzy a rostoucí s jasem. Je to doklad, že se signál do zrakové dráhy dostane; není to doklad, že člověk vidí barevný obraz nočního výjevu.

Kde práce sama přiznává hranice

Sklo se podle rozboru serveru Ars Technica, který o studii psal 31. července 2026, zkoušelo proti kalibrovanému černému tělesu a na jednoduchých kontrastních obrazcích, jako jsou písmena a tvary listu; teplotu 600 °C uvádí práce u měření samotné fotodiody. Jak čitelné barevné kódování zůstane ve skutečné místnosti nebo na ulici, kde se míchá infračervené záření z mnoha zdrojů, práce neukazuje. Týž rozbor dodává dvě věci: dioda potřebuje vnější napájení, takže sklo je blíž malému displeji než pasivní čočce, a o dlouhodobém styku teluridu rtuti s kůží ani o snášenlivosti případného implantátu se v článku nepíše. Telurid rtuti je sloučenina těžkého kovu.

Sami autoři mluví o implantovatelném fotoreceptoru jako o možnosti, ne o hotové věci. Zatím ji podpírají izolované neurony, záznamy z myší a měření na lidském oku osvětleném zvenčí.

Co by muselo přijít dál

Praktické noční vidění potřebuje především scénu, ne obrazec. Než se ukáže, jak si barevné kódování vede při teplotách běžného prostředí a v přítomnosti více zdrojů zároveň, zůstává hlavní přínos studie v tom, že se vlnová délka a intenzita daly do jednoho obrazu, aniž by k tomu byl potřeba počítač a barevná paleta. Podle nás je to zajímavější než samotná čísla o účinnosti: barvu si oko vyhodnotí samo a rychleji než rozdíl v jasu.

Zdroje: Multispectral infrared-to-full-color upconversion expanding human vision, Science Advances, 29. července 2026 a Researchers devise a full-color night vision goggle, Ars Technica, 31. července 2026.