Κάμερα στο μέγεθος ενός κόκκου αλατιού δημιούργησαν ερευνητές

 

Οι περισσότερες από τις ανακαλύψεις που πραγματοποιούν οι επιστήμονες σε μικροκλίμακα είναι πάντα συναρπαστικές. Τα αερομεταφερόμενα μικρορομπότ, για παράδειγμα, θα «επιπλέουν στον άνεμο» προκειμένου να μελετήσουν τις κλιματικές αλλαγές και την εξάπλωση ασθενειών.

Τώρα, σε μια άλλη μεγάλη ανακάλυψη μικροκλίμακας, μια ομάδα ερευνητών από το Πανεπιστήμιο Πρίνστον και το Πανεπιστήμιο της Ουάσιγκτον ανέπτυξαν μια κάμερα στο μέγεθος ενός κόκκου αλατιού. Και το μόνο που μπορούμε να σκεφτούμε είναι πώς αυτό το πράγμα θα ήταν τέλειο ως μάτι για bots έντομα.

Οι ερευνητές σημειώνουν στην εργασία τους, που δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Nature Communications, ότι οι «πολύ μικροί εικονογράφοι» που υπάρχουν ήδη έχουν μειωμένο μέγεθος, αλλά όχι τόσο καλή ποιότητα εικόνας.

Για να βελτιώσουν τις διαθέσιμες μικροκάμερες, οι ερευνητές ανέπτυξαν έναν μοναδικό τύπο μεταεπιφάνειας, δηλαδή ένα τεχνητό φύλλο υλικού με πάχος υπομήκους κύματος. Η μετα-επιφάνεια των ερευνητών αποτελούνταν από 1,6 εκατομμύρια φωτοευαίσθητες «θέσεις» σε επιφάνεια φιλμ πλάτους 0,5 χιλιοστών – με κάθε τμήμα να έχει ύψος όσο ένας ιός HIV είναι μακρύς.

Για να καταγράψουν μια εικόνα, τα τμήματα απορρόφησαν τα εισερχόμενα φωτόνια, με το καθένα να λειτουργεί ως μια «οπτική κεραία». Στη συνέχεια, η μετα-επιφάνεια μετέφρασε αυτά τα εισερχόμενα φωτόνια – τα οποία το καθένα είναι η μικρότερη διακριτή ποσότητα ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας – σε σήματα που ένας υπολογιστής μπορούσε να διαβάσει.

Χρησιμοποιώντας νευρωνικά δίκτυα – δηλαδή, αλγόριθμους μηχανικής μάθησης- οι ερευνητές μπόρεσαν στη συνέχεια να αποκωδικοποιήσουν τα σήματα. μετατρέποντας κατά τα άλλα υπερβολικά θολές εικόνες σε σχετικά ευκρινείς και καθαρές εικόνες.

Παρακάτω είναι ένα δείγμα του τι μπορεί να καταγράψει η νέα κάμερα των ερευνητών (δεξιά) σε σχέση με αυτά που θα μπορούσαν να καταγράψουν οι προηγούμενες κάμερες μικρού μεγέθους (αριστερά). Οι ερευνητές λένε ότι η νέα κάμερα είναι δέκα φορές καλύτερη από τις προηγούμενες στο φιλτράρισμα των σφαλμάτων.

«Αν και η προσέγγιση στον οπτικό σχεδιασμό δεν είναι νέα, αυτό είναι το πρώτο σύστημα που χρησιμοποιεί οπτική τεχνολογία επιφάνειας και επεξεργασία βασισμένη σε νευρώνες», σύμφωνα με τον Joseph Mait, πρώην ανώτερο ερευνητή και επικεφαλής επιστήμονα στον στρατό των ΗΠΑ.

Ο Mait, ο οποίος δεν συμμετείχε στην έρευνα, πρόσθεσε ότι η σημασία αυτής της κάμερας μικροκλίμακας προέρχεται από την ολοκλήρωση του σχεδιασμού της διάταξης ανάρτησης της μεταεπιφάνειας και της σωστής αντιστοίχισης με τα νευρωνικά δίκτυα.

Ο Felix Heide, ο ανώτερος συγγραφέας της μελέτης, λέει ότι αυτός και οι συνάδελφοί του εργάζονται τώρα σε περισσότερες υπολογιστικές ικανότητες για την κάμερα. Πέρα από τη βελτιστοποίηση της ποιότητας της εικόνας, θέλουν επίσης να προσθέσουν ανίχνευση αντικειμένων. Καθώς και να ασχοληθούν με αισθητήρες που σχετίζονται με την ιατρική και τη ρομποτική.

Επιπλέον, οι μηχανικοί θα μπορούσαν προφανώς να χρησιμοποιήσουν αυτήν την τεχνολογία για να μετατρέψουν σχεδόν οποιαδήποτε επιφάνεια σε κάμερα. Κάτι που δεν ακούγεται καθόλου τρομακτικό.