Crean una cámara HD del tamaño de un grano de sal
La minicámara produce imágenes nítidas y a todo color como lentes 500.000 veces más grandes que esta.
Tiene el tamaño de un granito de sal pero, a pesar de ello, es una cámara increíblemente potente. Ha sido desarrollada por un equipo de investigadores de la Universidad de Princeton y la Universidad de Washington y es capaz de capturar imágenes nítidas y a todo color como cámaras hasta 500.000 veces más grandes que esta.
El dispositivo óptico ultracompacto podría permitir que robots súper pequeños detecten su entorno, o incluso ayudar a los médicos a ver si hay algún problema dentro del cuerpo humano.
Evolución de la cámara
Los investigadores han conseguido evitar el talón de Aquiles de las cámaras de tamaño micro de ofrecer imágenes distorsionadas o borrosas y de poca calidad gracias a un nuevo enfoque. Las cámaras normales utilizan una serie de vidrio curvo o plástico en sus lentes para enfocar la luz al tomar fotografías. La nueva microcámara posee un nuevo sistema óptico con una tecnología llamada metasuperficie que funciona de la misma forma y se puede producir como un chip informático. El material está recubierto con 1,6 millones de postes cilíndricos, cada uno del tamaño de una partícula de virus de inmunodeficiencia humana (VIH). Cada cilindro funciona como una antena óptica y tiene un diseño muy concreto orientado a captar adecuadamente la luz reflejada por un objeto. Los algoritmos de procesamiento de señales luego producen una imagen a todo color a partir de esos datos.
Imágenes muy nítidas
Las fotografías que toma el pequeño dispositivo ofrecen imágenes de la más alta calidad con el campo de visión más amplio para cualquier cámara de metasuperficie a todo color desarrollada hasta la fecha.
Así, la cámara de alta definición tiene solo medio milímetro de ancho pero las imágenes resultantes son mucho más nítidas que otros sensores pequeños. En las pruebas, los investigadores demostraron que el nuevo sensor capturaba imágenes de 720 x 720 píxeles a todo color, capturando longitudes de onda entre 400 y 700 nm en luz natural, con una resolución espacial de 214 pares de líneas por mm. Tiene un campo de visión de 40 grados y un número f de 2 (f/2), y los expertos dicen que las tomas están a la par con las capturadas por una lente de cámara compuesta convencional que es medio millón de veces más grande que su nuevo sensor.
Según los investigadores, la cámara también puede funcionar bien con luz natural, en lugar de la luz láser pura u otras condiciones altamente idealizadas requeridas por las cámaras de metasuperficie anteriores para producir imágenes de buena calidad.
“Ha sido un desafío diseñar y configurar estas pequeñas microestructuras para hacer lo que quieres. 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”, explica Ethan Tseng, estudiante de Princeton que codirigió el estudio.
Las posibilidades son infinitas con estas microcámaras. Y este nuevo sistema microóptico podría usarse para muchos fines interesantes. Lo siguiente será mejorar la imagen y ver cómo añadir funciones de detección de objetos y otras características que harían que este instrumento supusiera una revolución para la medicina y la robótica.
Referencia: Tseng, E., Colburn, S., Whitehead, J. et al. Neural nano-optics for high-quality thin lens imaging. Nature Communications 12, 6493 (2021). DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-021-26443-0
