دوربینی به مقدار یک دانه نمک - مجله آیرخ

به گزارش خبرنگاران، دوربین های کوچک پتانسیل بالایی برای یاری به بشر در زمینه برطرف بسیاری از محدودیت ها، از جمله در کاربرد های پزشکی دارند، که فناوری کنونی قادر به حل آن ها نیست. اکنون محققان دانشگاه پرینستون و دانشگاه واشنگتن با یک دوربین فوق فشرده به میزان یک دانه درشت نمک بر این موانع غلبه نموده اند. این محققان در مقاله ای که در نشریه معتبر Nature Communications منتشر شده، گزارش کردند، سیستم تازه می تواند تصاویر واضح و تمام رنگی را با لنز دوربین مرکب معمولی با حجم 500000 برابر بزرگتر فراوری کند.

از ویژگی های اصلی این دوربین کوچک این است که قادر به اتصال با دیگر سیستم های سخت افزاری و پردازش محاسباتی است و بدین شکل می تواند برای مثال به ربات های مخصوص آندوسکپی متصل گردد و بدون ایجاد عوارض تصویر برداری های با کیفیت بالا را انجام دهد. در واقع مجموعه ای از هزاران دوربین از این دست می توانند برای سنجش تمام صحنه استفاده شوند و سطح ربات را به دوربین تبدیل نمایند. بدین شکل دیگر احتیاجی به دوربین های بزرگ فعلی با محدودیت های حرکتی وجود ندارد.

به عبارت دیگر، یک دوربین سنتی از مجموعه ای از لنز های خمیده شیشه ای یا پلاستیکی برای خم کردن پرتو های نور در فوکوس استفاده می نماید. اما سیستم نوری تازه به فناوری به نام متاسطح متکی است که می تواند بسیار شبیه به یک تراشه کامپیوتری فراوری گردد. این متاسطح فقط نیم میلی متر عرض دارد و 1.6 میلیون ستون استوانه ای دارد که هر کدام تقریباً به میزان ویروس نقص ایمنی انسانی HIV است. هر پست دارای یک هندسه منحصر به فرد است و مانند یک آنتن نوری عمل می نماید. تغییر طراحی هر پست برای شکل دادن صحیح کل جبهه موج نوری لازم است. با یاری الگوریتم های مبتنی بر یادگیری ماشین، تعامل پست ها با نور ترکیب می گردد تا تصاویر با بالاترین کیفیت و وسیع ترین میدان دید را برای یک دوربین تمام رنگی فراسطحی که تا به امروز ساخته شده است، فراوری کند.

یک نوآوری کلیدی در ساخت دوربین، طراحی یکپارچه سطح نوری و الگوریتم های پردازش سیگنال بود که تصویر را فراوری می نماید. فلیکس هاید، نویسنده ارشد این مطالعه و استادیار کامپیوتر دانشگاه پرینستون گفت: این امر کارایی دوربین را در شرایط نور طبیعی افزایش می دهد، برخلاف دوربین های متاسطح ف که به نور لیزر آزمایشگاه یا بعضی شرایط ایده آل برای فراوری تصاویر با کیفیت بالا احتیاج دارند. محققان تصاویر فراوری شده با سیستم خود را با نتایج دوربین های متاسطح فعلی و بعلاوه تصاویر گرفته شده به وسیله یک دوربین اپتیک مرکب معمولی که از شش لنز انکساری استفاده می نماید، مقایسه کردند. جدا از کمی تاری در لبه های قاب، تصاویر دوربین های میزان نانو قابل مقایسه با لنز های سنتی بودند که حجم آن بیش از 500000 برابر بیشتر است.

به گزارش nanowerk، این دوربین های نانو تازه با ماده ای مبتنی بر نیترید سیلیکون ساخته شده که ماده ای شیشه مانند است و با روش های استاندارد فراوری نیمه هادی که برای تراشه های کامپیوتری استفاده می گردد، سازگار است. به این معنی که یک طرح متاسطحی تعیین را می توان به راحتی با هزینه کمتر به صورت انبوه فراوری کرد. جوزف میت، محقق و دانشمند ارشد در آزمایشگاه تحقیقاتی ارتش ایالات متحده در این خصوص می گوید: اگرچه رویکرد طراحی نوری تازه نیست، اما این اولین سیستمی است که از فناوری نوری سطحی در قسمت جلویی و پردازش مبتنی بر عصبی در پشت استفاده می نماید.

به گزارش خبرنگاران، هاید و همکارانش اکنون در کوشش هستند تا توانایی های محاسباتی بیشتری را به این دوربین کوچک اضافه نمایند. درواقع، فراتر از بهینه سازی کیفیت تصویر، آن ها علاقمند هستند قابلیت هایی برای تشخیص اشیا و سایر روش های سنجش مربوط به پزشکی و روباتیک را بدان اضافه نمایند. هاید بعلاوه استفاده از تصویرگر های فوق فشرده را برای ایجاد سطوح به عنوان حسگر در نظر گرفته است. وی می افزاید: ما می توانیم سطوح جداگانه را به دوربین هایی تبدیل کنیم که وضوح فوق العاده بالایی دارند، بنابراین دیگر به سه دوربین در پشت تلفن خود احتیاج نخواهید داشت، اما کل پشت تلفن شما به یک دوربین غول پیکر تبدیل می گردد. ما می توانیم به راه های کاملاً متفاوتی برای ساخت دستگاه های هوشمند در آینده فکر کنیم.

منبع: nanowerk

ترجمه: مصطفی جرفی-خبرنگاران