La nuova fotocamera 3D può vedere dietro gli angoli o nel cranio

Sembra qualcosa fuori Star Trek: il medico punta la fotocamera verso il torace e il computer genera un’immagine 3D del cuore e dei vasi sanguigni. Ingrandisci e osservi alcuni dei tuoi più piccoli capillari, ognuno splendidamente reso con dettagli submillimetrici.

Ma grazie a un team della McCormick School of Engineering della Northwestern University, questo potrebbe presto diventare realtà. Hanno ideato un prototipo di tecnologia in grado di vedere dietro gli angoli e attraverso qualsiasi cosa, dalla nebbia al teschio umano. I loro risultati sono pubblicati sulla rivista Comunicazioni sulla natura.

“È come se potessimo impiantare una fotocamera computazionale virtuale su ogni superficie remota per vedere il mondo dalla prospettiva della superficie”, spiegare Florian Willemitzer, primo autore dello studio. “Questa tecnica trasforma le pareti in specchi.”

Questa è un’area della scienza nota come imaging non in linea di vista (NLoS) e nell’era delle auto a guida autonoma e delle scoperte mediche all’avanguardia, questa è una grande notizia. Funzionano – in termini molto semplificati – utilizzando una sorta di sonar ottico: inviano un impulso di luce e misurano quanto cambia nel tempo in cui ritorna.

“Se riesci a catturare l’intero campo luminoso di un oggetto in un’immagine 3D, puoi ricostruire l’intera forma 3D dell’oggetto”, ha spiegato Willomitser. “Facciamo questa olografia dietro l’angolo o tramite diffusori, con onde sintetiche invece delle normali onde luminose”.

Configurazione tecnologica sia per vedere dietro gli angoli che per vedere attraverso la dispersione dei media. Credito: Willomitzer et al, Nature Communications, 2021

Questa tecnologia utilizza quella che i ricercatori chiamano un’onda di luce “artificiale”, creata fondendo due laser di diverse lunghezze d’onda. Questa onda luminosa colpisce l’oggetto desiderato ed è così diffusa che, in condizioni normali, non saremmo in grado di vederla. Ciò potrebbe essere dovuto al fatto che è vicino a un angolo, dietro un muro di nebbia o all’interno dei nostri corpi: dal punto di vista ingegneristico, è praticamente la stessa domanda, ha spiegato Willomitser.

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“Se provi mai a puntare una torcia sulla tua mano, significa che hai sperimentato questo fenomeno”, ha detto Willomitser. “Vedi una macchia di luce sull’altro lato della tua mano, ma, in teoria, dovrebbe esserci un’ombra proiettata dal tuo osso, che rivela la struttura ossea. Invece, la luce che passa attraverso l’osso attraverso il tessuto è diffusa in tutte le direzioni , offuscando l’immagine dell’osso.” Totalmente ombra.”

È ben diverso dal primo tentativo dei ricercatori di sviluppare tecnologie NLoS, ma tecnologie attuali Ho sempre riscontrato alcuni inconvenienti: immagini a bassa risoluzione, lunghi tempi di elaborazione, varie limitazioni di dimensioni tecniche: i metodi attuali spesso richiedono aree molto grandi in cui lavorare o forniscono solo campi visivi molto limitati. Inoltre, l’utilizzo di una sola fonte di luce ha i suoi problemi: dopotutto, la luce è fama fino a lontano rapidamente.

“Niente è più veloce della velocità della luce, quindi se vuoi misurare il tempo di viaggio della luce con un’elevata precisione, hai bisogno di rivelatori molto veloci”, ha detto Willomitser. “Questi reagenti possono essere molto costosi.”

Tuttavia, l’utilizzo di due diverse lunghezze d’onda invece di una consente al prototipo di funzionare senza sorgenti luminose e rilevatori ultraveloci, ma produce anche un’immagine veloce e ad alta risoluzione con un ampio campo visivo.

“Sta migliorando, perché questa tecnologia può funzionare anche di notte e in condizioni di nebbia”, ha aggiunto Willomitser.

Sebbene Willowmitser abbia spiegato che “c’è ancora molta strada da fare” prima che questa tecnologia appaia nella vita di tutti i giorni, è sicuro che “arriverà”. E mentre le sue applicazioni per la guida e l’imaging medico sono chiare, afferma che il potenziale della tecnologia è molto più ampio di quanto pensiamo.

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“La nostra tecnologia introdurrà una nuova ondata di capacità di imaging”, ha affermato. Gli attuali modelli di sensori utilizzano la luce visibile o la luce infrarossa, ma il principio è universale e può estendersi ad altre lunghezze d’onda. Ad esempio, lo stesso metodo può essere applicato alle onde radio per l’esplorazione dello spazio o per l’acustica subacquea».

“Può essere applicato a molte aree e abbiamo appena graffiato la superficie”, ha aggiunto.

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