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Una cámara 3D captura imágenes para imprimirlas en tres dimensiones

Científicos de Caltech (EE.UU.) han desarrollado una cámara 3-D que captura imágenes con precisión de micras de los objetos, para luego fabricarlas en una impresora 3-D. El dispositivo utiliza chips de silicio de bajo coste y luz láser coherente, y ocupa muy poco espacio. Por ahora sólo tiene 4×4 píxeles de resolución, pero los investigadores creen que es fácilmente escalable.

Una cámara 3D captura imágenes para imprimirlas en tres dimensiones

Imagínese que usted necesita tener una copia casi exacta de un objeto. Ahora imagine que puede simplemente sacar su teléfono inteligente de su bolsillo, tomar una instantánea con su generador de imágenes 3-D integrado, enviarla a la impresora 3-D, y en pocos minutos haber reproducido una réplica con precisión de micras del objeto original.

Esta hazaña pronto podría ser posible gracias a una nueva pequeña máquina de imágenes de alta resolución en 3-D desarrollada en Caltech (California, EE.UU.).

Cada vez que quiera hacer una copia exacta de un objeto con una impresora 3-D, el primer paso es producir una imagen de alta resolución del objeto con una cámara de 3-D que mida su altura, anchura y profundidad. Tales imágenes en 3-D han existido durante décadas, pero los sistemas más sensibles generalmente son demasiado grandes y caros para ser utilizados en aplicaciones de consumo.

Un nuevo dispositivo compacto y barato, pero muy preciso, conocido como una cámara coherente nanofotónica (NCI, por sus siglas en inglés), promete cambiar eso. Usando un chip de silicio de bajo coste de menos de un milímetro cuadrado de tamaño, la NCI ofrece la precisión más alta conseguida por un dispositivo de imágenes 3-D nanofotónico. El trabajo aparece en la edición de febrero de Optics Express.

Nuevo chip de detección

En una cámara normal, cada píxel representa la intensidad de la luz recibida desde un punto específico de la imagen, que podría estar cerca o lejos de la cámara -lo que significa que los píxeles no proporcionan ninguna información sobre la distancia relativa del objeto a la cámara-.

En contraste, cada píxel de una imagen creada por la NCI de Caltech proporciona información tanto de distancia como de intensidad. «Cada píxel es un interferómetro independiente, que utiliza la interferencia de las ondas de luz para realizar mediciones precisas, y que detecta la fase y frecuencia de la señal, además de la intensidad,» dice Ali Hajimiri, profesor de ingeniería eléctrica en Caltech, en la información de ésta.

El nuevo chip de detección utiliza una tecnología llamada Lidar, en la que el objeto de destino se ilumina con rayos láser de exploración. La luz que se refleja en el objeto se analiza entonces según la longitud de onda de la luz láser que se utiliza, y el Lidar recoge información sobre el tamaño del objeto y su distancia desde el láser para crear una imagen de su entorno.

«Al contar con una serie de pequeños sistemas Lidar en el aparato, podemos captar al mismo tiempo diferentes partes de un objeto o una escena sin necesidad de movimientos mecánicos del generador de imágenes», dice Hajimiri.

La coherencia

Estas imágenes de alta resolución son posibles gracias a un concepto óptico conocido como coherencia. Si dos ondas de luz son coherentes, las ondas tienen la misma frecuencia, y los picos y valles de las ondas de luz están exactamente alineados unos con los otros.

En la NCI, el objeto se ilumina con esta luz coherente. La luz que se refleja fuera del objeto es entonces recogida por detectores en-un-chip. En el chip de la NCI, la fase, la frecuencia y la intensidad de la luz reflejadas desde diferentes puntos del objeto son detectadas y utilizadas para determinar la distancia exacta del punto de destino.

Debido a que la luz coherente tiene una frecuencia y longitud de onda constante, se utiliza como referencia para medir las diferencias en la luz reflejada.

La luz coherente permite también que el dispositivo tenga un tamaño muy pequeño. «Podemos formar un conjunto de 16 detectores en un área de 300 micras por 300 micras», dice Hajimiri.

Prueba de concepto

La primera prueba de concepto de la NCI tiene sólo 16 píxeles coherentes. Sin embargo, los investigadores también desarrollaron un método para obtener imágenes de objetos más grandes, moviendo la cámara por el objeto, y combinando las sucesivas imágenes obtenidas. Así, crearon una imagen de un centavo de dólar.

En el futuro, dice Hajimiri, la matriz de 16 píxeles podría escalarse fácilmente hasta cientos de miles, y se podría utilizar en los coches sin conductor, para mejorar su visión, por ejemplo.

También podría servir para manejar objetos a distancia, o para videojuegos virtuales, como proponían hace un año investigadores de la Universidad de California en Berkeley (EE.UU.), que desarrollaron una tecnología similar que puede detectar remotamente los objetos a través de distancias de hasta 9 metros.

Precisamente el objetivo de los investigadores era integrar su tecnología en un paquete del tamaño de un chip, algo que han conseguido ahora sus colegas de Caltech.

Referencia bibliográfica:

Firooz Aflatouni, Behrooz Abiri, Angad Rekhi, Ali Hajimiri: Nanophotonic coherent imager. Optics Express (2015). DOI: 10.1364/OE.23.005117.

RedacciónT21

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