تحتل موجات تيراهرتز مكانًا بين الموجات الدقيقة والأشعة تحت الحمراء. فهي تخترق الملابس والبلاستيك، لكنها لا تؤين الأنسجة، لذلك يجري اختبارها لأغراض التفتيش والتشخيص الطبي. يقيس التحليل الطيفي الكلاسيكي بتيراهرتز في المجال الزمني شكل نبضة قصيرة منعكسة عن الجسم. غير أن أي إزاحة للجسم تزيح النبضة في الزمن، فتخرج من نافذة المراقبة. الطرق السريعة الموجودة، مثل أخذ العينات البصرية غير المتزامنة، تمسح النطاق الزمني كله، وهذا بطيء ولا يسمح بتتبع الهدف. عمل الباحثين اليابانيين يملأ هذه الفجوة، مقترحًا نظامًا يُبقي النافذة على النبضة المتحركة.
في أساس الجهاز ليزران بتيراهرتز بمشط ترددي قابل للبرمجة. ترددات نبضاتهما مترابطة بشكل صارم، لكن يمكن إزاحة طور أحد الليزرين لتحريك النافذة الزمنية. بدلًا من مسح النطاق كله، يهز النظام التأخير بسرعة داخل نافذة ضيقة عرضها 61 بيكوثانية، محققًا ما يصل إلى 154 قياسًا كاملًا في الثانية. يُقاس موضع ذروة نبضة تيراهرتز داخل النافذة في الزمن الحقيقي. إذا انزاحت الذروة بسبب حركة العينة، يصحح التغذية الراجعة طور الليزر الثاني، معيدًا الذروة إلى مركز النافذة. هذا النهج سمح بتتبع مرآة تتحرك بسرعة 4 سنتيمترات في الثانية على مسافة 12 سنتيمترًا.
أبقى النظام ذروة تيراهرتز داخل نافذة عرضها 61 بيكوثانية عند إزاحة الهدف بمقدار 12 سنتيمترًا، أي ما يعادل 26 ضعف عرض النافذة. بلغت دقة تحديد موضع الذروة 10 فيمتوثانية لكل قياس، وعند التوسيط على مدى 0.44 ثانية تحسنت إلى 1.5 فيمتوثانية، وهو ما يعادل إزاحة 225 نانومترًا. قُدِّرت السرعة القصوى للتتبع بـ 10.8 سنتيمتر في الثانية. في تجربة نموذجية بمرآة ذهبية على محرك اهتزازي، تمكنوا من استعادة اهتزازات بسعات 2.1 مليمتر (محاكاة التنفس) و0.21 مليمتر (محاكاة نبض القلب) وسط إزاحة خطية تصل إلى 10 سنتيمترات. حُدد الترددان 0.25 و1.2 هرتز من طيف الإشارة المستعادة.
تقف هذه الدراسة منفردة بين الأبحاث المجاورة: فالجيران يطورون التحليل الطيفي بتيراهرتز للأجسام الثابتة أو العمليات البطيئة، بينما هنا تحقق لأول مرة تتبع نشط لهدف متحرك مع تغذية راجعة. هذا ليس مجرد تسريع للقياسات، بل تغيير في النموذج الفكري: نافذة المراقبة تصبح متحركة. يمكن نقل هذا النهج إلى طرق أخرى للتحليل الطيفي بزمن الطيران، حيث كانت حركة العينة تُعتبر إزعاجًا لا يمكن تجنبه.
الخطوة التالية هي زيادة سرعة التتبع عبر تحسين معاملات التغذية الراجعة وتقليل التأخير في الحلقة. كما أن التوسع إلى مسح ثنائي الأبعاد لتتبع جسم يتحرك في المستوى يبدو واعدًا. في منظور أبعد، يمكن دمج النظام مع خوارزميات تعلم الآلة للاستخراج التلقائي للتنفس ونبض القلب من حركة الجسم المعقدة.
قد يجد هذا الأسلوب طلبًا في المراقبة غير التلامسية للعلامات الحيوية، مثل مراقبة المرضى في وحدات العناية المركزة. وفي الصناعة، سيفيد في فحص سماكة الطلاءات أو جودة المنتجات على خط التجميع، حيث تتغير المسافة إلى المستشعر.
يخطط الباحثون لزيادة سرعة التتبع بتقليل التأخير في حلقة التغذية الراجعة. كما يعتزمون اختبار النظام على أنسجة بيولوجية حقيقية، وليس فقط على مرآة ذهبية.
في التحليل الطيفي بتيراهرتز، توجد منذ زمن مشكلة قياس الأجسام المتحركة، سواء كان شخصًا أثناء التفتيش أو منتجًا على خط التجميع. يعالج هذا العمل المشكلة مباشرة عبر إدخال تغذية راجعة على موضع الذروة. وهذا يربطه بالمهمة الأوسع لتعويض الحركة في الفحص غير الإتلافي والتشخيص الطبي.
دقة 225 نانومترًا تضاهي حجم فيروس الإنفلونزا. يمكن للنظام أن يلاحظ إزاحة مرآة أصغر من طول موجة الضوء المرئي.