Исследователи из Принстонского и Вашингтонского университетов (США) создали ультракомпактную камеру размером с кристалл соли, сообщает phys.org. Новая система может создавать четкие полноцветные изображения не хуже, чем камеры в 500 000 раз большего объема. Статья об этом была опубликована в журнале Nature Communications. До этого микрокамеры могли давать лишь нечеткие, искаженные изображения с ограниченными полями зрения.

Благодаря совместному дизайну аппаратного обеспечения камеры и вычислительной обработки, система может обеспечить минимально инвазивную эндоскопию с медицинскими роботами для диагностики и лечения заболеваний. Массивы из тысяч таких камер можно было бы использовать для полноэкранного зондирования, превращая поверхности зондов в прекрасно видящие всё вокруг камеры.

В то время как традиционная камера использует серию изогнутых стеклянных или пластиковых линз для фокусировки лучей света, новая оптическая система основана на технологии, называемой метаповерхностью, которая может быть изготовлена во многом как компьютерный чип. Метаповерхность шириной всего в полмиллиметра усеяна 1,6 миллионами цилиндрических столбов, каждый размером примерно с вирус иммунодефицита человека (ВИЧ). Каждый столб имеет уникальную геометрию и функционирует как оптическая антенна.

Ключевым нововведением в создании камеры стала интегрированная конструкция оптической поверхности и алгоритмы обработки сигналов, которые создают изображение. Это повысило производительность камеры в условиях естественного освещения, в отличие от предыдущих камер с метаповерхностью, для которых требовался чистый лазерный свет лаборатории или другие идеальные условия для получения высококачественных изображений.

Исследователи сравнили изображения, полученные с помощью их системы, с результатами предыдущих камер с метаповерхностью, а также с изображениями, полученными с помощью обычной составной оптики, в которой используется серия из шести преломляющих линз. Помимо небольшого размытия по краям кадра, изображения наноразмерной камеры были сопоставимы с изображениями традиционной установки объектива, которая более чем в 500 000 раз больше по объему.

Другие ультракомпактные объективы с метаповерхностью страдают от серьезных искажений изображения, небольших полей зрения и ограниченной способности захватывать весь спектр видимого света, называемый RGB-визуализацией, поскольку он сочетает красный, зеленый и синий цвета для получения различных оттенков.

Новые камеры могут использоваться не только в медицине. Ученые предполагают использовать ультракомпактные тепловизоры для создания «поверхностей в качестве датчиков». «Мы могли бы превратить отдельные поверхности в камеры со сверхвысоким разрешением, так что вам больше не понадобятся три камеры на задней панели вашего телефона, но вся задняя часть вашего телефона станет одной гигантской камерой. Мы можем придумать совершенно другие способы создания устройств в будущем», — говорит представитель разработчиков.