El ingenio científico está llevando a que las cámaras se vuelven cada vez más diminutas, y la última en aparecer no solo es increíblemente pequeña —del mismo tamaño que un grano de sal—, también es capaz de sacar imágenes de mucha mejor calidad que muchas otras cámaras ultracompactas.
La cámara del tamaño de un grano de sal. Crédito: Universidad de Princeton.
Usando una tecnología conocida como metasuperficie, que está cubierta con 1,6 millones de postes cilíndricos, la cámara puede capturar fotos a todo color que son tan buenas como las imágenes tomadas con lentes convencionales medio millón de veces más grandes.
Y el artilugio súper pequeño tiene el potencial de ser útil en una amplia gama de escenarios, desde ayudar a los robots blandos en miniatura a explorar el mundo, hasta brindar a los expertos una mejor idea de lo que está sucediendo en las profundidades del cuerpo humano.
«Ha sido un desafío diseñar y configurar estas pequeñas microestructuras para hacer lo que queríamos que hicieran», dijo el científico informático Ethan Tseng de la Universidad de Princeton en Nueva Jersey. «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».
Cámara de tamaño micro existente (izquierda) versus el nuevo modelo (derecha). Crédito: Universidad de Princeton.
Uno de los trucos especiales de la cámara es la forma en que combina el hardware con el procesamiento computacional para mejorar la imagen capturada: los algoritmos de procesamiento de señales utilizan técnicas de aprendizaje automático para reducir el desenfoque y otras distorsiones que de otro modo ocurrirían con cámaras de este tamaño. La cámara utiliza software de forma eficaz para mejorar su visión.
Más adelante, esos algoritmos podrían usarse para algo más que mejorar la imagen. Podrían desplegarse para detectar automáticamente objetos particulares que la cámara está buscando, como signos de enfermedad dentro del cuerpo humano.
Crédito: Universidad de Princeton.
Ese procesamiento se agrega a la construcción de metasuperficie que reemplaza las lentes de vidrio o plástico curvas habituales con un material de apenas medio milímetro de ancho. Cada uno de los 1,6 millones de postes cilíndricos se diseñó individualmente para capturar mejor lo que está frente a la cámara, con modelado computacional utilizado para determinar la configuración óptima.
Cámaras no visibles que lo ven todo
«La importancia del trabajo publicado es completar la tarea hercúlea de diseñar conjuntamente el tamaño, la forma y la ubicación del millón de características de la metasuperficie y los parámetros del procesamiento posterior a la detección para lograr el rendimiento de imagen deseado», explicó el consultor de imágenes por computadora Joseph Mait de Mait-Optik, quien no participó en la investigación.
El nitruro de silicio similar al vidrio del que está hecha la metasuperficie es un material que encaja con los procesos de fabricación de productos electrónicos convencionales, lo que significa que no debería ser demasiado difícil aumentar la producción de estas cámaras súper pequeñas utilizando procedimientos y equipos que ya están en su lugar.
Entonces, si bien todavía hay mucho trabajo por hacer para llevar esto del laboratorio a una línea de producción comercial, las señales son buenas de que es posible. Una vez hecho esto, tendremos acceso a cámaras súper pequeñas que también pueden tomar una foto decente.
Diseño de extremo a extremo de nanoóptica neuronal. Crédito: Universidad de Princeton.
Hay otro uso potencial para cámaras en miniatura como esta: usarlas como una capa de cobertura para convertir superficies enteras en cámaras, eliminando la necesidad de una cámara convencional sobre la pantalla de una computadora portátil o en la parte posterior de un teléfono inteligente.
«Podríamos convertir superficies individuales en cámaras que tienen una resolución ultra alta, por lo que ya no necesitaría tres cámaras en la parte posterior de su teléfono, sino que toda la parte posterior de su teléfono se convertiría en una cámara gigante», señaló el científico informático Felix Heide de la Universidad de Princeton. «Podemos pensar en formas completamente diferentes de construir dispositivos en el futuro».
La investigación se ha publicado en Nature Communications.
Fuente: Princeton University. Edición: MP.
Esta nueva cámara ultracompacta tiene el tamaño de un grano de sal y toma fotos asombrosas