Los científicos inventaron una cámara del tamaño de un grano de arroz, formando una película comparable a las lentes tradicionales.

Recientemente, investigadores de la Universidad de Princeton y la Universidad de Washington han desarrollado una cámara en miniatura del tamaño de un grano de arroz que puede tomar fotografías de alta definición a todo color y desempeña un papel importante en los campos médicos y otros campos profesionales. Los artículos relacionados se publicaron en "Nature Communications" el 29 de noviembre.

Este tipo de cámara en miniatura pertenece al campo de la neuronanoóptica y, por su inusual apariencia, es una combinación innovadora de superficie óptica y tecnologías de procesamiento computacional.

La primera es la superficie óptica. Las cámaras tradicionales usan lentes de plástico o vidrio curvo, mientras que el nuevo sistema óptico de cámara en miniatura se basa en la tecnología de imágenes de "metasuperficie", que se puede producir como un chip de computadora.

La cámara en miniatura tiene solo medio milímetro de ancho en la superficie, con 1,6 millones de cilindros incrustados, y su tamaño es aproximadamente el mismo que el del virus de inmunodeficiencia humana (VIH). Cada cilindro tiene una forma geométrica única y su función es similar a una "antena electromagnética de banda óptica". Cambiar el diseño de cada cilindro afectará la forma correcta de todo el frente de onda óptica.

El segundo es el método de imágenes computacionales. Para capturar una imagen RGB de gran campo de visión, el tamaño, la forma y la posición de millones de cilindros deben diseñarse y configurarse junto con el algoritmo. Shane Colburn, uno de los autores del artículo, creó un simulador computacional para probar automáticamente diferentes diseños y configuraciones y desarrolló un modelo con suficiente precisión para aproximar la capacidad de generación de imágenes de una metasuperficie para lograr el rendimiento de imagen requerido.

La ventaja de esta cámara en miniatura es que puede crear imágenes claras a todo color, y es la de mayor calidad y el campo de visión más amplio entre las cámaras de hiperesuperficie a todo color desarrolladas hasta ahora.

En el pasado, la cámara en miniatura tenía un campo de visión limitado y la capacidad de capturar el espectro completo de luz visible, y la imagen estaba borrosa y severamente distorsionada; la nueva cámara en miniatura podía producir imágenes claras y a todo color, excepto que el borde de la imagen estaba un poco borrosa, que era básicamente lo mismo que el lente compuesto de refracción tradicional, el último de los cuales tenía un volumen 500.000 veces mayor que él.

Además, según Felix Heide, profesor asistente de ciencias de la computación en Princeton, a diferencia de las cámaras de metasuperficie anteriores que requieren láseres puros en el laboratorio u otras condiciones ideales para producir imágenes de alta calidad, el rendimiento de las nuevas cámaras en miniatura en condiciones de luz natural se ha incrementado. también se ha mejorado.

En el futuro, es probable que se comercialicen cámaras en miniatura. Colburn, un Ph.D. del Departamento de Ingeniería Eléctrica e Informática de la Universidad de Washington, también participó en esta investigación.Él dirige el diseño de sistemas en Tunoptix, una empresa con sede en Seattle, y planea comercializar la tecnología de imágenes de metasuperficies.

Al mismo tiempo, el Dr. James Whitehead, de la misma escuela que Colburn, fabricó una metasuperficie basada en nitruro de silicio, un material similar al vidrio compatible con los métodos de fabricación de semiconductores estándar utilizados para chips de computadora, lo que significa que en comparación con las lentes de las cámaras tradicionales, un diseño de metasuperficie dado se puede producir en masa fácilmente a un costo menor.

El equipo de investigación ahora está trabajando arduamente para agregar más potencia informática a la propia cámara. Además de optimizar la calidad de la imagen, también esperan agregar capacidades de detección de objetos y aplicarlas a la medicina y la robótica.

Por ejemplo, las cámaras en miniatura tienen un gran potencial para detectar problemas humanos y proporcionar sensores para robots ultrapequeños. Pueden usarse para endoscopios mínimamente invasivos y robots médicos, y también pueden mejorar la imagen de otros robots limitados por tamaño y peso.

También imaginaron la creación de una "superficie como sensor", una serie de miles de "cámaras de grano de arroz" que podrían usarse para la detección de escena completa, convirtiendo la superficie en una cámara:

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, y toda la parte posterior de su teléfono se convertirá en una cámara enorme. Podemos pensar en formas completamente diferentes de fabricar equipos en el futuro.

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