(تصاویر) دوربینی به اندازه یک دانه نمک

فرارو- در یک دستاورد جالب توجه، محققان دانشگاه پرینستون و دانشگاه واشنگتن توانستند دوربین بسیار کوچکی به اندازه دانه نمک را طراحی و بسازند که می‌تواند تصاویر واضح و تمام رنگی را با لنز دوربین مرکب معمولی با حجم ۵۰۰۰۰۰ برابر بزرگتر تولید کند.

به گزارش فرارو، دوربین‌های کوچک پتانسیل بالایی برای کمک به بشر در زمینه رفع بسیاری از محدودیت ها، از جمله در کاربرد‌های پزشکی دارند، که فناوری کنونی قادر به حل آن‌ها نیست. اکنون محققان دانشگاه پرینستون و دانشگاه واشنگتن با یک دوربین فوق فشرده به اندازه یک دانه درشت نمک بر این موانع غلبه کرده اند. این محققان در مقاله‌ای که در نشریه معتبر Nature Communications منتشر شده، گزارش کردند، سیستم جدید می‌تواند تصاویر واضح و تمام رنگی را با لنز دوربین مرکب معمولی با حجم ۵۰۰۰۰۰ برابر بزرگتر تولید کند.

از ویژگی‌های اصلی این دوربین کوچک این است که قادر به اتصال با دیگر سیستم‌های سخت‌افزاری و پردازش محاسباتی است و بدین شکل می‌تواند برای مثال به ربات‌های مخصوص آندوسکپی متصل شود و بدون ایجاد عوارض تصویر برداری‌های با کیفیت بالا را انجام دهد. در واقع مجموعه‌ای از هزاران دوربین از این دست می‌توانند برای سنجش تمام صحنه استفاده شوند و سطح ربات را به دوربین تبدیل کنند. بدین شکل دیگر نیازی به دوربین‌های بزرگ فعلی با محدودیت‌های حرکتی وجود ندارد.

به عبارت دیگر، یک دوربین سنتی از مجموعه‌ای از لنز‌های خمیده شیشه‌ای یا پلاستیکی برای خم کردن پرتو‌های نور در فوکوس استفاده می‌کند. اما سیستم نوری جدید به فناوری به نام متاسطح متکی است که می‌تواند بسیار شبیه به یک تراشه کامپیوتری تولید شود. این متاسطح فقط نیم میلی متر عرض دارد و ۱.۶ میلیون ستون استوانه‌ای دارد که هر کدام تقریباً به اندازه ویروس نقص ایمنی انسانی HIV است. هر پست دارای یک هندسه منحصر به فرد است و مانند یک آنتن نوری عمل می‌کند. تغییر طراحی هر پست برای شکل دادن صحیح کل جبهه موج نوری ضروری است. با کمک الگوریتم‌های مبتنی بر یادگیری ماشین، تعامل پست‌ها با نور ترکیب می‌شود تا تصاویر با بالاترین کیفیت و وسیع‌ترین میدان دید را برای یک دوربین تمام رنگی فراسطحی که تا به امروز ساخته شده است، تولید کند.

یک نوآوری کلیدی در ساخت دوربین، طراحی یکپارچه سطح نوری و الگوریتم‌های پردازش سیگنال بود که تصویر را تولید می‌کند. فلیکس هاید، نویسنده ارشد این مطالعه و استادیار کامپیوتر دانشگاه پرینستون گفت: «این امر کارایی دوربین را در شرایط نور طبیعی افزایش می‌دهد، برخلاف دوربین‌های متاسطح ف که به نور لیزر آزمایشگاه یا برخی شرایط ایده‌آل برای تولید تصاویر با کیفیت بالا نیاز دارند». محققان تصاویر تولید شده با سیستم خود را با نتایج دوربین‌های متاسطح فعلی و همچنین تصاویر گرفته شده توسط یک دوربین اپتیک مرکب معمولی که از شش لنز انکساری استفاده می‌کند، مقایسه کردند. جدا از کمی تاری در لبه‌های قاب، تصاویر دوربین‌های اندازه‌ی نانو قابل مقایسه با لنز‌های سنتی بودند که حجم آن بیش از ۵۰۰۰۰۰ برابر بیشتر است.

به گزارش nanowerk، این دوربین‌های نانو جدید با ماده‌ای مبتنی بر نیترید سیلیکون ساخته شده که ماده‌ای شیشه مانند است و با روش‌های استاندارد تولید نیمه هادی که برای تراشه‌های کامپیوتری استفاده می‌شود، سازگار است. به این معنی که یک طرح متاسطحی معین را می‌توان به راحتی با هزینه کمتر به صورت انبوه تولید کرد. جوزف میت، محقق و دانشمند ارشد در آزمایشگاه تحقیقاتی ارتش ایالات متحده در این خصوص می‌گوید: «اگرچه 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».

به گزارش فرارو، هاید و همکارانش اکنون در تلاش هستند تا توانایی‌های محاسباتی بیشتری را به این دوربین کوچک اضافه کنند. درواقع، فراتر از بهینه سازی کیفیت تصویر، آن‌ها علاقمند هستند قابلیت‌هایی برای تشخیص اشیا و سایر روش‌های سنجش مربوط به پزشکی و روباتیک را بدان اضافه کنند. هاید همچنین استفاده از تصویرگر‌های فوق فشرده را برای ایجاد» سطوح به عنوان حسگر» در نظر گرفته است. وی می‌افزاید: «ما می‌توانیم سطوح جداگانه را به دوربین‌هایی تبدیل کنیم که وضوح فوق‌العاده بالایی دارند، بنابراین دیگر به سه دوربین در پشت تلفن خود نیاز نخواهید داشت، اما کل پشت تلفن شما به یک دوربین غول‌پیکر تبدیل می‌شود. ما می‌توانیم به راه‌های کاملاً متفاوتی برای ساخت دستگاه‌های هوشمند در آینده فکر کنیم.»

منبع: nanowerk

ترجمه: مصطفی جرفی-فرارو