Un sensor de cámara esférico

Las cámaras digitales actuales son dispositivos extraordinarios, pero incluso las cámaras más avanzadas carecen de la simplicidad y la calidad del ojo humano. Ahora, investigadores de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign han construido una cámara esférica que sigue la forma y función de un ojo humano construyendo un circuito sobre una superficie curva.



Los ojos lo tienen: Esta cámara consta de una serie de fotodetectores en forma de hemisferio (cuadrado blanco con puntos dorados) y una única lente sobre un globo transparente. La forma curva de la matriz de fotodetectores proporciona un amplio campo de visión e imágenes de alta calidad en un paquete compacto.

El sensor curvo tiene propiedades que se encuentran en los ojos, como un campo de visión amplio, que no se puede producir en cámaras digitales sin mucha complejidad, dice John Rogers , investigador principal del proyecto. Una de las [características del ojo humano] más destacadas es que la superficie del detector de la retina no es plana como el chip digital de una cámara, dice. La consecuencia de esto es [que] la óptica es adecuada para formar imágenes de alta calidad incluso con elementos de imagen simples, como la lente única de la córnea.





Los dispositivos electrónicos se han construido, en su mayor parte, sobre chips planos rígidos. Pero durante la última década, los ingenieros han ido más allá de los chips rígidos y han construido circuitos sobre láminas flexibles. Más recientemente, los investigadores han ido un paso más allá de la simple electrónica flexible y han colocado circuitos de silicio de alta calidad en superficies estirables similares al caucho. La ventaja de un circuito extensible, dice Rogers, es que puede adaptarse sobre superficies con curvas, mientras que los dispositivos flexibles no pueden hacerlo.

La clave de la cámara esférica es una matriz de sensores que puede soportar una curva de aproximadamente el 50 por ciento de su forma original sin romperse, lo que permite que se retire de la oblea rígida en la que se fabricó originalmente y se transfiera a una superficie similar a la goma. Hacer eso requiere más que simplemente hacer que el detector sea flexible, dice Rogers. No puedes simplemente envolver una esfera con una hoja de papel. Necesita capacidad de estiramiento para realizar una transformación de geometría.

La matriz, que consiste en una colección de pequeños cuadrados de fotodetectores de silicio conectados por finas cintas de polímero y metal, se fabrica inicialmente en una oblea de silicio. Luego se retira de la oblea con un proceso químico y se transfiere a una pieza de material similar al caucho que previamente se formó en forma de hemisferio. En el momento de la transferencia, el hemisferio de goma se estira completamente. Una vez que la matriz se ha adherido con éxito a la goma, el hemisferio se relaja en su forma curva natural.



Debido a que las cintas que conectan las pequeñas islas de silicio son tan delgadas, pueden doblarse fácilmente sin romperse, dice Rogers. Si dos de los cuadrados de silicona se presionan más juntos, las cintas se comban, formando un puente. Pueden adaptarse a la tensión sin inducir ningún estiramiento en el silicio, dice.

Para completar la cámara, la matriz de sensores está conectada a una placa de circuito que se conecta a una computadora que controla la cámara. La matriz está cubierta con una cubierta similar a un globo equipada con una lente. En esta configuración, la matriz de sensores imita la retina de un ojo humano mientras que la lente imita la córnea.

Malla estirable: Los fotodetectores de silicio cuadrados, conectados por finas cintas de metal y polímero, están montados sobre una superficie de goma con forma de hemisferio. Todo el dispositivo puede adaptarse a cualquier forma curvilínea debido a la flexibilidad de las cintas que conectan las islas de silicio.

Esta tecnología presagia el advenimiento de una nueva clase de dispositivos de imágenes con campos de visión de gran angular, baja distorsión y tamaño compacto, dice Takao Someya , profesor de ingeniería en la Universidad de Tokio, que no participó en la investigación. Creo que este trabajo es un gran avance en el campo de la electrónica extensible.



Rogers no es el primero en utilizar el concepto de malla electrónica extensible, pero este trabajo se distingue por no estar limitado a estirarse en direcciones limitadas, como otras mallas electrónicas extensibles. Y lo que es más importante, la suya es la primera malla estirable que se implementa en una cámara de ojo artificial.

La resolución de la cámara es de 256 píxeles. Por el momento, es difícil mejorar la resolución debido a las limitaciones de las instalaciones de fabricación de la Universidad de Illinois, dice Rogers. En cierto nivel, es un poco frustrante porque tienes este ojo electrónico ordenado y todo está pixelado, dice. Pero su equipo ha eludido el problema siguiendo otro ejemplo de la biología. El ojo humano se mueve de un lado a otro, capturando constantemente fragmentos de imágenes; el cerebro junta los fragmentos para formar una imagen completa. De la misma manera, el equipo de Rogers ejecuta un programa de computadora que hace que las imágenes sean más nítidas al interpolar múltiples imágenes tomadas desde diferentes ángulos.

La aplicación más inmediata para estas cámaras de globo ocular, dice Rogers, probablemente sea con el ejército. El diseño simple y compacto podría usarse en tecnología de imágenes en el campo, sugiere. Y aunque el concepto de un ojo electrónico evoca imágenes de implantes oculares, Rogers dice que en este momento no está colaborando con otros investigadores para hacer que estos dispositivos sean biocompatibles. Sin embargo, no descarta la posibilidad en el futuro.

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