Las cámaras de tamaño micro tienen un gran potencial para detectar problemas en el cuerpo humano y permitir la detección de robots súper pequeños, pero suelen capturar imágenes borrosas y distorsionadas con campos de visión limitados. Ahora, investigadores de la Universidad de Princeton y de la Universidad de Washington, han superado estos obstáculos con el nuevo dispositivo presentado en Nature Communications: una cámara del tamaño de un grano de sal gorda que logra producir imágenes nítidas y a color, con una lente de cámara 500000 veces más pequeña.
Habilitado por un diseño conjunto del hardware de la cámara y el procesamiento computacional, este nuevo sistema podría permitir 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. Asimismo, se podrían usar matrices de miles de cámaras de este tipo para la detección de escena completa, convirtiendo superficies en cámaras.
Mientras que una cámara tradicional utiliza una serie de lentes de vidrio o plástico curvados para enfocar los rayos de luz, el nuevo sistema óptico de la cámara del tamaño de un grano de sal se basa en una tecnología llamada metasuperficie, que se puede producir de manera muy similar a un chip de computadora.
Con solo medio milímetro de ancho, dicha metasuperficie está compuesta de 1,6 millones de postes cilíndricos microscópicos, cada uno de los cuales posee una geometría única y funciona como una antena óptica independiente que capta la luz reflejada por los objetos.
Además, 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. En otras palabras, no es solo una cámara, sino un sistema capaz de captar luz y procesar los datos obtenidos mediante procesamiento neuronal. Estos algoritmos se han creado con TensorFlow 2 y permiten obtener imágenes nítidas y a color (RGB).
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.
Así pues, aparte de tener un poco de desenfoque en los bordes del marco, las imágenes de la cámara del tamaño de un grano de sal, son comparables a las de la configuración de lente tradicional, que es más de 500.000 veces más grande en volumen. Las fotografías que toma este 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.
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 milímetro.
«Ha sido un desafío diseñar y configurar estas pequeñas microestructuras para hacer lo que uno quiere», dijo Ethan Tseng, estudiante de doctorado en ciencias de la computación en Princeton, que codirigió el estudio. «Para esta tarea específica de capturar imágenes RGB de gran campo de visión, es un desafío porque hay millones de estas pequeñas microestructuras y no está claro cómo diseñarlas de manera óptima».
Las posibilidades son infinitas con esta microcámara. Su desarrollo supone un gran avance en campos como la medicina y la robótica, con la posibilidad de desarrollar robots médicos capaces de diagnosticar y tratar enfermedades e incluso realizar procedimientos mínimamente invasivos; o incluso, la telefonía móvil, con dispositivos capaces de captar cualquier instante.
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 estos campos.
Fuentes: Europa Press CienciaPlus y Muy Interesante
