Enxergando como uma borboleta: Lente plana multiplica capacidades das câmeras
[Imagem: Arte gerada por IA/Lidan Zhang et al. – 10.1126/sciadv.adp5192]
Metalente biomimética
Inspirando-se no reino animal, Lidan Zhang e colegas da Universidade do Estado da Pensilvânia, nos EUA, criaram uma lente plana, ou metalente, minúscula que consegue capturar informações da luz que hoje exigem aparatos grandes e pesados.
As borboletas, por exemplo, podem ver mais do mundo do que os humanos, incluindo mais cores e a direção de oscilação do campo de luz, também conhecida como polarização. Essa habilidade permite que elas naveguem com precisão, procurem comida e se comuniquem entre si.
Outras espécies, como o camarão louva-a-deus, ou tamarutaca, podem sentir um espectro de luz ainda mais amplo, bem como a polarização circular, ou estados giratórios das ondas de luz – eles usam essa capacidade para sinalizar um “código de amor” para encontrar parceiros.
“Como o reino animal nos mostra, os aspectos da luz além do que podemos ver com os nossos olhos contêm informações que podemos usar em diversas aplicações,” disse o professor Xingjie Ni. “Para fazer isso, transformamos efetivamente uma câmera convencional em uma câmera hiperespectro-polarimétrica compacta e leve, integrando nossa metassuperfície dentro dela.”
[Imagem: Lidan Zhang et al. – 10.1126/sciadv.adp5192]
Câmeras hiperespectrais e polarimétricas
A nova lente é um elemento óptico ultrafino, conhecido como metassuperfície, composto por minúsculas nanoestruturas semelhantes a antenas que manipulam as propriedades da luz. Conectada a uma câmera convencional – uma máquina fotográfica ou uma filmadora – ela permite codificar os dados espectrais e de polarização das cenas capturadas.
Câmeras hiperespectrais (que captam mais cores) e polarimétricas (que captam a polarização) são tipicamente volumosas e caras, mas não existem câmeras capazes de capturar simultaneamente dados de espectro e de polarização.
Por outro lado, quando posicionada entre as lentes e os sensores de uma câmera fotográfica ou filmadora comum, a metassuperfície, que mede apenas três milímetros por três milímetros e é muito barata de fabricar, captura os dois tipos de dados da imagem simultaneamente, e os transmite imediatamente para um computador para análise.
Um programa de aprendizado de máquina, também desenvolvido pela equipe e que roda em um notebook padrão, decodifica essas informações visuais multidimensionais em tempo real.
“A 28 quadros por segundo – limitação dada principalmente pela velocidade da câmera que usamos – fomos capazes de recuperar rapidamente informações espectrais e de polarização usando nossa rede neural,” disse Liu. “Isso nos permite capturar e visualizar os dados da imagem em tempo real.”