Los científicos de la Universidad de Princeton y la Universidad de Washington han creado quizás la cámara más pequeña del mundo, capaz de generar imágenes a todo color y de alta definición mejor que cualquiera de sus pares.
Las cámaras de tamaño micro tienen un gran potencial para detectar problemas en el cuerpo humano y permitir la detección de robots súper pequeños, pero los enfoques anteriores capturaron imágenes borrosas y distorsionadas con campos de visión limitados.
Ahora, el equipo detrás de este avance tecnológico ha superado estos obstáculos con cámaras ultracompactas del tamaño de granos de sal gruesa. El creador del nuevo sistema declaró en un artículo publicado en Nature Communications el 29 de noviembre que el nuevo sistema puede producir imágenes claras y a todo color comparables a las lentes de cámara compuestas tradicionales que son 500.000 veces más grandes. Noticias Internacionales.
Habilitado por un diseño conjunto del hardware de la cámara y el procesamiento computacional, el sistema podría permitir una endoscopia mínimamente invasiva con robots médicos para diagnosticar y tratar enfermedades, y mejorar la obtención de imágenes para otros robots con limitaciones de tamaño y peso. Se podrían usar matrices de miles de cámaras de este tipo para la detección de escena completa, convirtiendo superficies en cámaras.
Mientras que una cámara tradicional utiliza una serie de lentes de vidrio o plástico curvados para enfocar los rayos de luz, el nuevo sistema óptico se basa en una tecnología llamada metasuperficie, que se puede producir de manera muy similar a un chip de computadora. Con solo medio milímetro de ancho, la metasuperficie está tachonada con 1,6 millones de postes cilíndricos, cada uno aproximadamente del tamaño del virus de inmunodeficiencia humana (VIH).
Cada poste tiene una forma geométrica única, como una antena óptica. Es necesario cambiar el diseño de cada polo para dar forma correctamente a todo el frente de onda de luz. Con la ayuda de algoritmos basados en el aprendizaje automático, la interacción de los pilares y la luz se combina para generar imágenes de la más alta calidad y el campo de visión más amplio para las cámaras de metasuperficie a todo color desarrolladas hasta ahora.
Una innovación clave en la creación de la cámara fue el diseño integrado de la superficie óptica y los algoritmos de procesamiento de señales que producen la imagen. Esto impulsó el rendimiento de la cámara en condiciones de luz natural, en contraste con las cámaras de metasuperficie anteriores que requerían la luz láser pura de un laboratorio u otras condiciones ideales para producir imágenes de alta calidad, dijo Felix Heide, autor principal del estudio y profesor asistente de informática y ciencia en Princeton.
Los investigadores compararon las imágenes producidas por su sistema con los resultados de las cámaras de metasuperficie anteriores y las imágenes capturadas por la óptica compuesta tradicional utilizando una serie de seis lentes refractivas. Excepto que los bordes de la imagen están un poco borrosos, la imagen de una cámara de tamaño nanométrico es comparable a la de una configuración de lente tradicional, que es más de 500.000 veces mayor en volumen.
Otras lentes de metasuperficie ultracompactas han sufrido importantes distorsiones de imagen, pequeños campos de visión y una capacidad limitada para capturar el espectro completo de luz visible, lo que se conoce como imágenes RGB porque combina rojo, verde y azul para producir diferentes tonos.
“Ha sido un desafío diseñar y configurar estas pequeñas nanoestructuras para hacer lo que quieres”, dijo Ethan Tseng, un Ph.D. en ciencias de la computación estudiante de Princeton que codirigió el estudio. “Para esta tarea específica de capturar imágenes RGB de gran campo de visión, anteriormente no estaba claro cómo codiseñar los millones de nanoestructuras junto con algoritmos de posprocesamiento”.
El coautor principal, Shane Colburn, resolvió este desafío creando un simulador computacional para probar automáticamente diferentes configuraciones de nano-antenas. Debido a la cantidad de antenas y la complejidad de su interacción con la luz, este tipo de simulación puede usar «mucha memoria y tiempo». Colburn desarrolló un modelo que puede aproximar de manera efectiva las capacidades de imagen de las metasuperficies con suficiente precisión.
James Whitehead, otro coautor del estudio, fabricó las metasuperficies, que se basan en nitruro de silicio, un material similar al vidrio que es compatible con los métodos de fabricación de semiconductores estándar utilizados para chips de computadora, lo que significa que un diseño de metasuperficie dado podría producirse fácilmente en masa a un costo menor que las lentes de las cámaras convencionales.
“Aunque el enfoque del diseño óptico no es nuevo, este es el primer sistema que utiliza una tecnología óptica de superficie en el extremo frontal y un procesamiento basado en los nervios en la parte posterior”, dijo Joseph Mait , consultor de Mait-Optik y ex investigador senior y científico jefe del Laboratorio de Investigación del Ejército de los Estados Unidos.
“La importancia del trabajo publicado es completar la tarea hercúlea de diseñar conjuntamente el tamaño, la forma y la ubicación del millón de características de la metasuperficie y los parámetros del procesamiento posterior a la detección para lograr el rendimiento de imagen deseado”, agregó Mait, que no participó en el estudio.
Heide y sus colegas ahora están trabajando para agregar más potencia informática a la propia cámara. Además de optimizar la calidad de la imagen, también esperan aumentar la detección de objetos y otros modos de detección médicos y relacionados con la robótica.
Heide también prevé el uso de un generador de imágenes ultracompacto para crear una «superficie similar a un sensor». «Podemos convertir una sola superficie en una cámara con resolución ultra alta, por lo que ya no necesita tres cámaras en la parte posterior de su teléfono, pero toda la parte posterior del teléfono se convertirá en una cámara enorme. Podemos pensar en formas completamente diferentes En el futuro vendrán a fabricar equipos ”, dijo.
Con información de Infobae
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