محققان دوربینی به اندازه یک دانه نمک ساختند

با استفاده از نانوآنتن‌ها، دوربینی در ابعاد یک دانه شن ساخته شده است که تصاویری با کیفیت بالا ایجاد می‌کند. بخشی از طراحی این دوربین در شرکت تون‌اپتیکس (Tunoptix) انجام شده است که توسط محققان این پروژه تاسیس شده است.

دوربین‌های کوچک پتانسیل بالایی برای شناسایی مشکلات در بدن انسان داشته و می‌توان از آن‌ها در ساخت روبات‌های بسیار‌کوچک استفاده کرد، اما رویکردهای پیشین تصاویر مبهم و مخدوش را با میدان دید محدود ثبت می‌کردند.

به تازگی محققان دانشگاه پرینستون با همکاری پژوهشگرانی از دانشگاه واشنگتن یک دوربین در ابعاد بسیار کوچک به اندازه یک دانه نمک ساختند.

نتایج این پروژه در قالب مقاله‌ای با عنوان نانو اپتیک عصبی برای تصویربرداری با کیفیت بالا با لنزهای نازک در Nature Communications منتشر شده است. نتایج درج شده در این مقاله نشان می‌دهد که این سیستم جدید می‌تواند تصاویر واضح و تمام رنگی را با ابعاد بزرگ تولید کند.

با بهره‌گیری از سخت‌افزار و پردازش محاسباتی دوربین، این سیستم می‌تواند برای تولید ادوات آندوسکوپی کم تهاجمی یا ربات‌های پزشکی استفاده شده تا از آن‌ها برای تشخیص و درمان بیماری‌ها و بهبود تصویربرداری استفاده شود. مجموعه‌ای از هزاران دوربین از این مدل در یک ابزار، می‌توانند دوربینی مجهز و قوی در اختیار محققان قرار دهد.

در حالی که یک دوربین سنتی از یک سری لنزهای شیشه‌ای یا پلاستیکی خمیده برای تغییر مسیر پرتوهای نور استفاده می‌کند، این سیستم نوری جدید به فناوری به نام متاسرفیس متکی است که می‌تواند بسیار شبیه به یک تراشه کامپیوتری تولید شود. پهنای این متاسطح فقط نیم میلی متر است و ۱٫۶ میلیون ستون استوانه‌ای شکل دارد که هر کدام تقریباً به اندازه ویروس نقص ایمنی انسانی (HIV) است.

هر ستون دارای یک هندسه منحصر به فرد است و مانند یک آنتن نوری عمل می کند. تغییر طراحی هر ستون برای شکل دادن صحیح موج نوری ضروری است. با کمک الگوریتم‌های مبتنی بر یادگیری ماشینی، برهمکنش این ستون‌ها با نور موجب‌ می‌شود تا تصاویر با بالاترین کیفیت و وسیع‌ترین میدان دید تولید شود.

یک نوآوری کلیدی در ساخت این دوربین، طراحی یکپارچه سطح نوری و الگوریتم های پردازش سیگنال بود که تصویر را تولید می کند.

محققان تصاویر تولید شده با سیستم خود را با نتایج دوربین‌های متاسطح قبلی و همچنین تصاویر گرفته شده توسط یک اپتیک مرکب معمولی که از یک سری شش لنز انکساری استفاده می‌کند، مقایسه کردند. جدا از کمی تاری در لبه‌های قاب، تصاویر دوربین‌های نانومقیاس قابل مقایسه با لنزهای معمولی بودند.

سایر لنزهای فوق فشرده متاسرفیس از اعوجاج های بزرگ تصویر، میدان دید کوچک و توانایی محدود در گرفتن طیف کامل نور مرئی رنج می برند، که به آنها تصویربرداری RGB گفته می‌شود زیرا رنگ‌های قرمز، سبز و آبی را برای تولید رنگ‌های مختلف ترکیب می کند.

شین کولبرن، از محققان این پروژه، با ایجاد یک شبیه‌ساز محاسباتی برای آزمایش خودکار پیکربندی‌های مختلف نانو‌آنتن، اقدام به طراحی این دوربین کرد.

کولبرن، که این کار را به عنوان پروژه دکترا انجام داد، دانشجوی دپارتمان مهندسی برق و کامپیوتر دانشگاه واشنگتن (UW ECE) بود، اما اکنون استادیار این دپارتمان است. او همچنین طراحی این سیستم را در Tunoptix، یک شرکت مستقر در سیاتل، که فناوری‌های تصویربرداری فراسطحی را تجاری‌سازی می‌کند، انجام داد. Tunoptix توسط تنی چند از محققان این پروژه، تأسیس شد. جیمز وایتهد، سطوح متاسطحی را ساخت که بر پایه نیترید سیلیکون است.

جوزف میت، می‌گوید: «اگرچه این رویکرد طراحی نوری جدید نیست، اما این اولین سیستمی است که از فناوری نوری سطحی در قسمت جلویی و پردازش مبتنی بر عصبی در پشت استفاده می‌کند.»

منبع:پایگاه خبری فناوری نانو