Lente plana multiplica capacidades das cmeras

Eletrnica

Redação do Site Inovação Tecnológica – 23/09/2024

Metalente biomimtica

Inspirando-se no reino animal, Lidan Zhang e colegas da Universidade do Estado da Pensilvnia, nos EUA, criaram uma lente plana, ou metalente, minscula que consegue capturar informaes da luz que hoje exigem aparatos grandes e pesados.

As borboletas, por exemplo, podem ver mais do mundo do que os humanos, incluindo mais cores e a direo de oscilao do campo de luz, tambm conhecida como polarizao. Essa habilidade permite que elas naveguem com preciso, procurem comida e se comuniquem entre si.

Outras espcies, como o camaro louva-a-deus, ou tamarutaca, podem sentir um espectro de luz ainda mais amplo, bem como a polarizao circular, ou estados giratrios das ondas de luz – eles usam essa capacidade para sinalizar um “cdigo de amor” para encontrar parceiros.

“Como o reino animal nos mostra, os aspectos da luz alm do que podemos ver com os nossos olhos contm informaes que podemos usar em diversas aplicaes,” disse o professor Xingjie Ni. “Para fazer isso, transformamos efetivamente uma cmera convencional em uma cmera hiperespectro-polarimtrica compacta e leve, integrando nossa metassuperfcie dentro dela.”

Estrutura da metalente, que pode ser acoplada a cmeras comuns.
[Imagem: Lidan Zhang et al. – 10.1126/sciadv.adp5192]

Cmeras hiperespectrais e polarimtricas

A nova lente um elemento ptico ultrafino, conhecido como metassuperfcie, composto por minsculas nanoestruturas semelhantes a antenas que manipulam as propriedades da luz. Conectada a uma cmera convencional – uma mquina fotogrfica ou uma filmadora – ela permite codificar os dados espectrais e de polarizao das cenas capturadas.

Cmeras hiperespectrais (que captam mais cores) e polarimtricas (que captam a polarizao) so tipicamente volumosas e caras, mas no existem cmeras capazes de capturar simultaneamente dados de espectro e de polarizao.

Por outro lado, quando posicionada entre as lentes e os sensores de uma cmera fotogrfica ou filmadora comum, a metassuperfcie, que mede apenas trs milmetros por trs milmetros e muito barata de fabricar, captura os dois tipos de dados da imagem simultaneamente, e os transmite imediatamente para um computador para anlise.

Um programa de aprendizado de mquina, tambm desenvolvido pela equipe e que roda em um notebook padro, decodifica essas informaes visuais multidimensionais em tempo real.

“A 28 quadros por segundo – limitao dada principalmente pela velocidade da cmera que usamos – fomos capazes de recuperar rapidamente informaes espectrais e de polarizao usando nossa rede neural,” disse Liu. “Isso nos permite capturar e visualizar os dados da imagem em tempo real.”

As cmeras especializadas hoje podem fazer uma ou outra coisa, mas no as duas simultaneamente.
[Imagem: Lidan Zhang et al. – 10.1126/sciadv.adp5192]

Aplicaes

As aplicaes so inmeras, a comear pelas aplicaes biomdicas, onde informaes hiperespectro-polarimtricas podem ser usadas para diferenciar as propriedades materiais e estruturais dos tecidos do corpo, potencialmente auxiliando no diagnstico de clulas cancergenas.

“Poderamos levar nossa cmera ao supermercado, tirar fotos e avaliar o frescor das frutas e vegetais nas prateleiras antes de comprar,” exemplificou Ni. “Esta cmera otimizada abre uma janela para o mundo invisvel.”

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