Tương lai các nhà khoa học có thể sáng chế ra chiếc camera siêu nhỏ bằng hạt cát

Tương lai các nhà khoa học có thể sáng chế ra chiếc camera siêu nhỏ bằng hạt cát

Các nhà nghiên cứu từ Princeton và Đại học Washington đã phát triển một máy ảnh có kích thước của một hạt muối thô. Thông thường máy ảnh nano như thế này tạo ra chất lượng hình ảnh kém. Tuy nhiên, nhóm các nhà nghiên cứu này đã tìm ra cách tạo ra hình ảnh đầy màu sắc sắc nét tương đương với máy ảnh thông thường gấp 500.000 lần kích thước.

Máy ảnh tận dụng phần cứng hình ảnh và xử lý tính toán để tạo ra kết quả tuyệt vời so với các thiết bị hiện đại trước đây. Sự đổi mới chính là một công nghệ được gọi là "metasurface".

Trong máy ảnh truyền thống, một loạt các ống kính uốn cong tập trung tia sáng vào một hình ảnh. Một metasurface, có thể được sản xuất tương tự như các mạch tích hợp, chỉ rộng nửa milimet và được đóng gói với 1,6 triệu cột hình trụ. Những cột nhỏ này có kích thước gần bằng virus suy giảm miễn dịch ở người.

"Mỗi bài đăng có một hình học độc đáo và các chức năng giống như ăng-ten quang học", Phys.org lưu ý. "Thay đổi thiết kế của mỗi bài là cần thiết để định hình chính xác toàn bộ mặt sóng quang học."

Các thuật toán dựa trên máy học tính toán dữ liệu từ các tương tác của bài đăng với hình ảnh ánh sáng và đầu ra có chất lượng cao hơn với trường nhìn rộng nhất của bất kỳ máy ảnh metasurface nào tương đương được thiết kế cho đến nay.

Ngoài ra, các máy ảnh trước đây thuộc loại này đòi hỏi ánh sáng laser tinh khiết và các điều kiện phòng thí nghiệm khác để tạo ra hình ảnh. Bởi vì bề mặt quang học của nó được tích hợp với các thuật toán xử lý tín hiệu, thiết bị này có thể chụp ảnh bằng ánh sáng tự nhiên, làm cho nó thực tế hơn. Các nhà nghiên cứu hình dung nó được sử dụng trong các thủ tục y tế không xâm lấn và làm cảm biến nhỏ gọn cho robot nhỏ.

Các nhà khoa học đã so sánh các bức ảnh được chụp bằng công nghệ của họ với các phương pháp trước đó và kết quả là cả ngày lẫn đêm (hình trên). Họ cũng đọ nó với một máy ảnh truyền thống với một quang học hợp chất của sáu ống kính khúc xạ, và ngoài việc mờ xung quanh các cạnh, hình ảnh có thể so sánh được.

"Đó là một thách thức để thiết kế và cấu hình các cấu trúc vi mô nhỏ này để làm những gì bạn muốn", tiến sĩ Princeton Ethan Tseng, người đồng lãnh đạo nghiên cứu được công bố trên Nature Communications cho biết. "Đối với nhiệm vụ cụ thể này là chụp ảnh RGB góc nhìn lớn, thật khó khăn vì có hàng triệu cấu trúc vi mô nhỏ này và không rõ làm thế nào để thiết kế chúng một cách tối ưu."

​

Để tìm ra các cấu hình bài đăng, họ đã thiết kế một mô phỏng máy tính để kiểm tra các thiết lập ăng-ten nano khác nhau. Tuy nhiên, phát triển một mô hình với 1,6 triệu bài đăng có thể tiêu thụ số lượng RAM và thời gian "khổng lồ". Vì vậy, họ đã thu nhỏ mô phỏng để xấp xỉ đầy đủ khả năng hiển thị hình ảnh của metasurface.

Mục tiêu tiếp theo của nhóm là thêm nhiều khả năng tính toán vào công nghệ. Tối ưu hóa chất lượng hình ảnh là không có trí tuệ, nhưng họ cũng muốn kết hợp phát hiện đối tượng và các khả năng cảm biến khác để làm cho máy ảnh khả thi cho mục đích y tế và thương mại.