Миниатюрная камера, которая видит всё: почему это открытие важно

Исследователи из Принстонского и Вашингтонского университетов создали миниатюрную камеру, сравнимую по размеру с крупинкой соли. Однако эта крошечная технология делает снимки такого же качества, как и устройства в сотни тысяч раз больше.

Такое изобретение открывает перспективы для медицины, позволяя проводить менее инвазивные обследования, а также для робототехники, наделяя микророботов улучшенным зрением.

Барьеры традиционной оптики

Создание ультракомпактной камеры сталкивается с фундаментальными оптическими ограничениями. В традиционных камерах линзы собирают свет и корректируют его преломление, что требует определённого объёма для размещения элементов.

Одной из главных проблем остаётся фокусное расстояние: его нельзя уменьшить бесконечно, иначе изображение будет страдать от хроматических аберраций.

Чтобы обойти эти ограничения, ученые применили метаповерхности — инновационные оптические элементы, состоящие из наноэлементов. Они позволяют управлять световыми волнами, изменяя их фазу, амплитуду и поляризацию на микроуровне. Это даёт возможность создавать чёткие изображения без громоздких линз.

Как это работает

Миниатюрная камера состоит из миллионов микроскопических оптических "антенн", каждая из которых принимает и обрабатывает световые волны. Эти антенны работают сообща, формируя когерентное изображение, аналогично традиционной камере. Однако просто использование метаповерхностей оказалось недостаточным — предыдущие попытки создания подобных устройств страдали от значительных искажений.

Для решения этой проблемы ученые применили комплексный подход: улучшили процесс обработки изображения до и после его формирования.

Одной из ключевых инноваций стала компьютерная модель, разработанная Шейном Колберном. Она автоматизирует настройку антенн, обеспечивая точную фокусировку света. Дополнительно была внедрена нейронная нанооптическая сеть, корректирующая дефекты изображения на основе обученных данных.

Что дальше

Разработанная технология демонстрирует качество изображения, сравнимое с традиционными камерами, при уменьшении объема в 550 000 раз. Используемый материал — нитрид кремния — совместим со стандартными методами производства чипов, что делает массовый выпуск таких камер экономически выгодным.

Сейчас исследователи продолжают совершенствовать своё открытие. Они работают над возможностью автоматического обнаружения объектов и восприятия дополнительных деталей, что откроет новые горизонты в медицине и робототехнике.

Однако они уже видят, как их изобретение может перевернуть само понятие оптики. Что если любая поверхность сможет стать камерой?

Уточнения

Нанотехноло́гия — область фундаментальной и прикладной науки и техники, включающая теоретическое обоснование, практические методы исследования, анализа и синтеза, а также методы производства и применения продуктов с заданной атомной структурой путём контролируемого манипулирования отдельными атомами и молекулами.