Investigadores de la Universidad de Princeton y la Universidad de Washington desarrollaron una cámara tan pequeña como un grano de sal gruesa, basada en una tecnología llamada “metasuperficie”, capaz de detectar problemas en el cuerpo humano y permitir la detección de robots súper pequeños.
Con este desarrollo, los expertos lograron superar los obstáculos que presentaban las cámaras de tamaño micro que capturaban imágenes borrosas y distorsionadas con campos de visión limitados.
Y es que a diferencia de una cámara tradicional que usa una serie de lentes de vidrio o plástico curvados para enfocar los rayos de luz; este nuevo sistema óptico se basa en una tecnología llamada “metasuperficie”, que se puede producir de manera muy similar a un chip de computadora, superando el problema de la calidad de las imágenes obtenidas.
¿Para qué sirve esta microcámara?
Debido a este diseño conjunto del hardware de la cámara y el procesamiento computacional, esta cámara del tamaño de un grano de sal podría permitir realizar 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.
Incluso, se podrían usar matrices de miles de cámaras de este tipo para la detección de escena completa, convirtiendo superficies en cámaras.
¿Qué es la metasuperficie?
La “metasuperficie” utilizada en la cámara del tamaño de un grano de sal es la unión de 1.6 millones de postes cilíndricos, cada uno aproximadamente del tamaño del virus de inmunodeficiencia humana (VIH), con una geometría única, los cuales funcionan como una antena óptica.
Las “metasuperficies” de la cámara 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, aseguraron sus desarrolladores.
Gracias a esta “metasuperficie” es posible producir imágenes nítidas y a todo color similares a las tomadas con una lente de cámara compuesta convencional 500 mil veces más grande en volumen, informaron los investigadores en un artículo publicado el 29 de noviembre en Nature Communications.
Un nuevo sistema llamado nanoóptica neuronal (derecha) puede producir imágenes nítidas y a todo color. | Foto: Universidad de Princeton.
Esto es posible debido a que se varía el diseño de cada poste para dar forma correctamente a todo el frente de onda óptica. Con la ayuda de algoritmos basados en aprendizaje automático, las interacciones de las publicaciones con la luz se combinan para producir imágenes de la más alta calidad y el campo de visión más amplio para una cámara de “metasuperficie” a todo color desarrollada hasta la fecha.
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.
Para comprobar los resultados obtenidos con esta microcámara del tamaño de un grano de sal, los investigadores compararon las imágenes producidas con su sistema con los resultados de cámaras de metasuperficie anteriores, así como con las imágenes capturadas por una óptica compuesta convencional que utiliza una serie de seis lentes refractivas. Logrando imágenes comparables a las de la configuración de lente tradicional.
- Otras lentes de metasuperficie ultracompactas han sufrido distorsiones de imagen importantes, campos de visión pequeños y 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, aseguraron los expertos.
Super microcámaras
Ahora los investigadores, están trabajando para agregar más capacidades computacionales a la propia cámara, ya que más allá de optimizar la calidad de la imagen, les gustaría agregar facultades para la detección de objetos y otras modalidades de detección relevantes para la medicina y la robótica.
También prevén el uso de generadores de imágenes ultracompactos para crear “superficies como sensores”, lo que convertir superficies individuales en cámaras que tienen una resolución ultra alta, por lo que ya no sería necesario tener tres cámaras en la parte posterior de un teléfono móvil, pero toda la parte posterior de su teléfono se convertiría en una cámara gigante.
