Gli scienziati hanno inventato una fotocamera delle dimensioni di un chicco di riso, formando una pellicola paragonabile agli obiettivi tradizionali

Recentemente, i ricercatori dell’Università di Princeton e dell’Università di Washington hanno sviluppato una fotocamera in miniatura delle dimensioni di un chicco di riso che può scattare foto a colori ad alta definizione e svolge un ruolo importante nel campo medico e in altri campi professionali. I documenti correlati sono stati pubblicati su “Nature Communications” il 29 novembre.

Questa fotocamera in miniatura appartiene al campo dell’ottica neuronano.Sotto il suo aspetto insolito, è una combinazione innovativa di superficie ottica e tecnologie di elaborazione computazionale.

Il primo è la superficie ottica. Le fotocamere tradizionali utilizzano lenti in vetro curvo o in plastica, mentre il nuovo sistema ottico per fotocamere in miniatura si basa sulla tecnologia di imaging “metasuperficie”, che può essere prodotta come un chip per computer.

La fotocamera in miniatura è larga solo mezzo millimetro sulla superficie superiore, con 1,6 milioni di cilindri intarsiati, e sono circa le dimensioni del virus dell’immunodeficienza umana (HIV). Ogni cilindro ha una forma geometrica unica e la sua funzione è simile a quella di un’”antenna elettromagnetica a banda ottica”. La modifica del design di ciascun cilindro influirà sulla corretta sagomatura dell’intero fronte d’onda ottico.

Il secondo è il metodo di imaging computazionale. Per acquisire un’immagine RGB con un ampio campo visivo, le dimensioni, la forma e la posizione di milioni di cilindri devono essere progettate e configurate insieme all’algoritmo. Shane Colburn, uno degli autori dell’articolo, ha creato un simulatore computazionale per testare automaticamente diversi design e configurazioni e ha sviluppato un modello con una precisione sufficiente per approssimare la capacità di generazione di immagini di una metasuperficie per ottenere le prestazioni di imaging richieste.

Il vantaggio di questa fotocamera in miniatura è che può creare immagini nitide a colori ed è la più alta qualità e il campo visivo più ampio tra le fotocamere ipersuperficiali a colori sviluppate finora.

In passato, la fotocamera in miniatura aveva un campo visivo limitato e la capacità di catturare l’intero spettro della luce visibile, e l’immagine era sfocata e gravemente distorta; la nuova fotocamera in miniatura poteva produrre immagini chiare e a colori, tranne che il bordo del l’immagine era un po’ sfocata, che era sostanzialmente la stessa della tradizionale lente composta da rifrazione, l’ultima delle quali aveva un volume 500.000 volte più grande di essa.

Inoltre, secondo Felix Heide, assistente professore di informatica a Princeton, a differenza delle precedenti fotocamere metasuperficiali che richiedono laser puri in laboratorio o altre condizioni ideali per produrre immagini di alta qualità, le prestazioni delle nuove fotocamere in miniatura in condizioni di luce naturale hanno stato anche migliorato.

In futuro, è probabile che vengano commercializzate fotocamere in miniatura. Anche Colburn, un Ph.D. del Dipartimento di Ingegneria Elettrica e Informatica dell’Università di Washington, ha partecipato a questa ricerca.Dirige la progettazione del sistema presso Tunoptix, una società con sede a Seattle, e prevede di commercializzare la tecnologia di imaging metasuperficiale.

Allo stesso tempo, il dottor James Whitehead, della stessa scuola di Colburn, ha fabbricato una metasuperficie basata sul nitruro di silicio, un materiale simile al vetro compatibile con i metodi di produzione standard dei semiconduttori utilizzati per i chip dei computer, il che significa che rispetto agli obiettivi delle fotocamere tradizionali, un dato progetto di metasuperficie può essere facilmente prodotto in serie a un costo inferiore.

Il team di ricerca sta ora lavorando duramente per aggiungere più potenza di calcolo alla fotocamera stessa e oltre a ottimizzare la qualità dell’immagine, spera anche di aumentare le funzioni di rilevamento degli oggetti e applicarle alla medicina e alla robotica.

Ad esempio, le telecamere in miniatura hanno un grande potenziale nel rilevare problemi umani e fornire rilevamento per robot ultra-piccoli, possono essere utilizzate per endoscopi minimamente invasivi e robot medici e possono anche migliorare l’imaging di altri robot limitati da dimensioni e peso.

Hanno anche immaginato di creare una “superficie come sensore”, una serie di migliaia di “fotocamere a grana di riso” che potrebbero essere utilizzate per il rilevamento dell’intera scena, trasformando la superficie in una fotocamera:

Possiamo trasformare una singola superficie in una fotocamera ad altissima risoluzione, così non avrai più bisogno di tre fotocamere sul retro del telefono e l’intero retro del telefono diventerà un’enorme fotocamera. Possiamo pensare a modi completamente diversi di produrre apparecchiature in futuro.

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