La fotocamera grande come un granello di sabbia

Fonte foto: Princeton university

È stata realizzata una fotocamera dalle dimensioni ridottissime, grande come un granello di sabbia o di sale grosso. A crearla sono stati i ricercatori della Princeton University e dell’Università di Washington. La microcamera è ultracompatta e il suo nuovo sistema può produrre immagini nitide e a colori con la stessa qualità di un obiettivo fotografico 500.000 volte più grande. I dettagli sull’innovativo oggetto sono stati pubblicati a fine novembre in un articolo su Nature Communications.

A cosa può servire la fotocamera dalle dimensioni di un granello di sabbia

Il sistema che compone la minuscola fotocamera potrebbe essere utile in campo medico, per esempio per consentire di fare endoscopie minimamente invasive con robot medici. Il meccanismo consente di migliorare l’imaging di altri strumenti con dimensioni e peso superiori e permetterebbe di diagnosticare con più chiarezza malattie e quindi poterle curare. Per rilevare un’intera scena, i ricercatori spiegano che si possono usare migliaia di queste microcamere riuscendo così a catturare l’intera superficie che interessa.

Come funziona la micro fotocamera

Mentre una fotocamera tradizionale utilizza una serie di lenti curve in vetro o plastica per mettere a fuoco i raggi luminosi, il nuovo sistema ottico si basa su una tecnologia chiamata metasuperficie, che può essere prodotta in modo molto simile a un chip per computer. Larga appena mezzo millimetro, la metasuperficie è costellata di 1,6 milioni di perni cilindrici, ciascuno grosso modo delle dimensioni del virus dell’immunodeficienza umana (HIV).

Ogni palo ha una geometria unica e funziona come un’antenna ottica. Variare il design di ciascun palo è necessario per modellare correttamente l’intero fronte d’onda ottico. Con l’aiuto di algoritmi basati sull’apprendimento automatico, le interazioni con la luce si combinano per produrre immagini di altissima qualità e con il più ampio campo visivo per una fotocamera metasuperficiale a colori.

Felix Heide, autore senior dello studio, ha spiegato che un’innovazione chiave nella creazione della fotocamera è stata la progettazione integrata della superficie ottica e degli algoritmi di elaborazione del segnale che producono l’immagine. Ciò ha migliorato le prestazioni della fotocamera in condizioni di luce naturale, in contrasto con le precedenti fotocamere metasuperficiali che richiedevano la pura luce laser di un laboratorio o altre condizioni ideali per produrre immagini di alta qualità.

A parte un po’ di sfocatura ai bordi del telaio, le immagini della fotocamera di dimensioni nanometriche sono paragonabili a quelle di un obiettivo tradizionale, che è più grande in volume di 500.000 volte. Heide e i suoi colleghi stanno ora lavorando per migliorare ancora le capacità di calcolo della fotocamera stessa. Oltre all’ottimizzazione della qualità dell’immagine, vorrebbero aggiungere funzionalità per il rilevamento di oggetti e altre modalità rilevanti per la medicina e la robotica.

Riguardo alle innovazioni tecnologiche, in Giappone sono stati invece realizzati droni che salvano le persone in caso di disastri naturali, mentre in Italia è stata sviluppata una tecnologia per proteggere i monumenti.

Stefania Bernardini