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Spazio e Scienze

La microcamera rivoluzionaria rivela il mondo nascosto della luce polarizzata

Alcuni ricercatori di Harvard hanno trovato un modo per realizzare una microcamera in grado di rilevare la luce polarizzata. Si tratta di una soluzione rivoluzionaria per l'industria, che potrà essere utilizzata su satelliti e auto a guida autonoma.

Un team di ricerca del SEAS (John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences) di Harvard ha pubblicato lo studio per il progetto di una microcamera rivoluzionaria, in grado di rivelare all’occhio umano il “mondo nascosto” della luce polarizzata che potrà essere utilizzato con profitto a bordo dei satelliti che studiano l’atmosfera, ma anche delle auto a guida autonoma e addirittura per rilevare ‎oggetti camuffati‎.

La polarizzazione, ovvero la direzione in cui la luce vibra, è invisibile all’occhio umano (ma visibile per alcune specie di gamberi e insetti), ma è in grado di fornire una grande quantità di informazioni sugli oggetti con cui interagisce. Telecamere in grado di rilevare la luce polarizzata esistono già e sono attualmente utilizzate per individuare lo stress dei materiali, la presenza di graffi o ammaccature su superfici e migliorare il contrasto per il rilevamento di oggetti. Il problema è che fino ad ora queste macchine erano grandi, pesanti e assai costose. La nuova microcamera invece ‎non è più grande di un paio di centimetri.

“Questa ricerca è un vero game-changer per il settore imaging”, ha spiegato Federico Capasso, autore dello studio oltre che docente di fisica applicata ad Harvard e Senior Research Fellow in ingegneria elettrica presso la SEAS. “La maggior parte delle fotocamere può rilevare esclusivamente l’intensità e il colore della luce ma non la polarizzazione. Questa fotocamera è un nuovo occhio sul reale, consentendoci di rivelare il modo in cui la luce è riflessa e trasmessa dal mondo attorno a noi”.

“La polarizzazione è una caratteristica della luce, che cambia nel momento in cui quest’ultima viene riflessa da una superficie”, ha aggiunto Paul Chevalier, borsista post-dottorato presso il SEAS e co-autore dello studio. “Basandoci su quel cambiamento, la polarizzazione può aiutarci a ricostruire tridimensionalmente un oggetto, stimare profondità, finitura e forma e distinguere i manufatti umani dagli oggetti naturali, anche quando hanno lo stesso colore e la stessa forma”.

‎Per liberare questo enorme potenziale, Capasso e il suo team hanno sfruttato le cosiddette metasuperfici, strutture su scala nanometrica che interagiscono con la luce nel dominio delle lunghezze d’onda. ‎

‎”Se vogliamo misurare precisamente la polarizzazione della luce, ci servono diverse immagini lungo direzioni di polarizzazione differenti”, ha detto Noah Rubin, anch’egli parte del gruppo di ricerca. “I dispositivi attuali utilizzavano o parti mobili o inviavano la luce lungo percorsi multipli al fine di acquisire più immagini, con la conseguenza di necessitare di ottiche ingombranti, complesse e costose […] in questo alvoro invece siamo riusciti a prendere tutte le ottiche necessarie e integrarle in un unico dispositivo semplice basato sulle metasuperfici”.‎

In pratica i ricercatori hanno progettato un metasuperficie che utilizza una matrice di nanopilastri distanziati a meno della lunghezza d’onda, per dirigere la luce a seconda della polarizzazione. La luce forma così quattro immagini, che mostrano ciascuna un aspetto diverso della polarizzazione. Presi insieme, questi forniscono un’informazione completa sulla polarizzazione a ciascun pixel.

“Questa ricerca apre a nuove ed esaltanti direzioni per la tecnologia delle fotocamere, con una compattezza mai raggiunta, e consentendo l’applicazione nelle scienze atmosferiche, ‎ telerilevamento, riconoscimento facciale, visione artificiale e molto altro ancora‎”, ha concluso Capasso.