Cientistas inventaram uma câmera do tamanho de um grão de arroz, formando um filme comparável às lentes tradicionais

Recentemente, pesquisadores da Princeton University e da University of Washington desenvolveram uma câmera em miniatura do tamanho de um grão de arroz que pode tirar fotos coloridas de alta definição e desempenha um papel importante na área médica e em outros campos profissionais. Artigos relacionados foram publicados na "Nature Communications" em 29 de novembro.

Esta câmera miniatura pertence ao campo da neuronano-óptica e, sob sua aparência incomum, é uma combinação inovadora de superfície óptica e tecnologias de processamento computacional.

O primeiro é a superfície óptica. As câmeras tradicionais usam lentes de vidro curvo ou de plástico, enquanto o novo sistema óptico de câmeras em miniatura depende da tecnologia de imagem de "metassuperfície", que pode ser produzida como um chip de computador.

A câmera em miniatura tem apenas meio milímetro de largura na superfície, com 1,6 milhão de cilindros embutidos, e são aproximadamente do tamanho do vírus da imunodeficiência humana (HIV). Cada cilindro tem uma forma geométrica única e sua função é semelhante a uma "antena eletromagnética de banda óptica". Mudar o design de cada cilindro afetará o formato correto de toda a frente de onda óptica.

O segundo é o método de imagem computacional. Para capturar um grande campo de visão da imagem RGB, o tamanho, a forma e a posição de milhões de cilindros precisam ser projetados e configurados junto com o algoritmo. Shane Colburn, um dos autores do artigo, criou um simulador computacional para testar automaticamente diferentes designs e configurações e desenvolveu um modelo com precisão suficiente para aproximar a capacidade de geração de imagens de uma metassuperfície para atingir o desempenho de imagem necessário.

A vantagem desta câmera em miniatura é que ela pode criar imagens coloridas nítidas e é a mais alta qualidade e o campo de visão mais amplo entre as câmeras de hipersuperfície coloridas desenvolvidas até agora.

No passado, a câmera em miniatura tinha campo de visão limitado e capacidade de capturar todo o espectro de luz visível, e a imagem estava borrada e severamente distorcida; a nova câmera em miniatura podia produzir imagens nítidas e coloridas, exceto que a borda de a imagem estava um pouco desfocada, que era basicamente a mesma das lentes compostas de refração tradicionais, a última das quais tinha um volume 500.000 vezes maior do que ele.

Além disso, de acordo com Felix Heide, professor assistente de ciência da computação em Princeton, ao contrário das câmeras metassuperfície anteriores que exigem lasers puros em laboratório ou outras condições ideais para produzir imagens de alta qualidade, o desempenho das novas câmeras em miniatura sob condições de luz natural tem também foi melhorado.

No futuro, as câmeras em miniatura provavelmente serão comercializadas. Colburn, Ph.D. pelo Departamento de Engenharia Elétrica e de Computação da Universidade de Washington, também participou da pesquisa.Ele está dirigindo o projeto de sistemas na Tunoptix, uma empresa com sede em Seattle, e planeja comercializar tecnologia de imagem metassuperficial.

Ao mesmo tempo, o Dr. James Whitehead, da mesma escola que Colburn, fabricou uma metassuperfície baseada em nitreto de silício, um material semelhante ao vidro compatível com os métodos de fabricação de semicondutores padrão usados ​​para chips de computador – o que significa Comparado com lentes em câmeras tradicionais, um determinado projeto de metassuperfície pode ser facilmente produzido em massa a um custo menor.

A equipe de pesquisa agora está trabalhando duro para adicionar mais poder de computação à própria câmera. Além de otimizar a qualidade da imagem, eles também esperam aumentar as funções de detecção de objetos e aplicá-las à medicina e à robótica.

Por exemplo, câmeras em miniatura têm grande potencial para detectar problemas humanos e fornecer detecção para robôs ultrapequenos. Elas podem ser usadas para endoscópios minimamente invasivos e robôs médicos, e também podem melhorar a imagem de outros robôs limitados por tamanho e peso.

Eles também previram a criação de uma "superfície como um sensor", um conjunto de milhares de "câmeras de grãos de arroz" que poderiam ser usadas para detecção de toda a cena, transformando a superfície em uma câmera:

Podemos transformar uma única superfície em uma câmera com resolução ultra-alta, então você não precisa mais de três câmeras na parte de trás do seu telefone, e toda a parte de trás do telefone se tornará uma câmera enorme. Podemos pensar em maneiras completamente diferentes de fabricar equipamentos no futuro.

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