Caméra de la taille d’un grain de sel créée par les chercheurs de Princeton

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Caméra de la taille d'un grain de sel créée par les chercheurs de Princeton
Caméra de la taille d'un grain de sel créée par les chercheurs de Princeton

Il existe de nombreuses utilisations des caméras en médecine et dans d’autres domaines, mais les caméras modernes typiques sont trop grandes pour de nombreuses utilisations médicales.

Un groupe de chercheurs de l’Université de Princeton et de l’Université de Washington s’est associé pour créer une caméra extrêmement petite de la taille d’un gros grain de sel.

Les caméras de si petite taille ont un excellent potentiel pour explorer l’intérieur du corps humain, entre autres.

Bien que l’utilité potentielle dans l’environnement médical des caméras telles que celle-ci soit élevée, elles peuvent également être utilisées dans d’autres appareils, y compris des robots extrêmement petits, ce qui leur permet d’avoir une capacité de détection considérablement améliorée.

Ce minuscule appareil photo de la taille d’un grain de sel n’est certainement pas le premier appareil photo minuscule jamais créé. En 2011, les chercheurs ont créé un appareil photo de taille similaire.

Cependant, la grande amélioration avec la nouvelle percée de l’appareil photo est une qualité d’image considérablement améliorée.

Dans le passé, les petites caméras ne pouvaient capturer que des images floues et déformées offrant un champ de vision limité.

L’image ci-dessous montre la grande amélioration par rapport aux anciens systèmes de caméras et à la nouvelle caméra créée dans cette recherche.

L’appareil photo peut capturer des images en couleur similaires aux images capturées à l’aide d’un objectif d’appareil photo conventionnel avec 500 000 fois plus de volume.

La plus récente caméra de la taille d'un grain de sel des chercheurs de Princeton représente un potentiel énorme

Université de Princeton/Université de Washington

Les chercheurs se sont appuyés sur une conception conjointe du matériel de la caméra et de la capacité de traitement informatique pour construire une caméra aussi haute résolution et petite.

Ils pensent que le système pourrait aboutir à la création d’un endoscope qui serait un robot mini-invasif ou médical capable d’explorer le corps humain pour diagnostiquer et traiter diverses maladies et affections.

De plus, la très petite taille de la caméra est idéale pour améliorer les capacités d’imagerie sur tout type de robot où les contraintes de taille et de poids sont importantes.

Une autre possibilité intéressante pour le système de caméra est son potentiel à être utilisé pour créer un ensemble de milliers de capteurs de caméra permettant une détection de scène complète et la possibilité de transformer une surface entière en caméra.

Pour créer le nouveau système optique, les chercheurs se sont appuyés sur ce qu’on appelle une métasurface qui est créée de la même manière qu’une puce informatique est créée. La métasurface a 1,6 million de postes cylindriques sur sa surface, chacun approximativement de la taille du virus de l’immunodéficience humaine.

Chacun de ces poteaux cylindriques a une forme unique et fonctionne comme une antenne optique. La conception variable des poteaux est nécessaire pour façonner l’ensemble du front d’onde optique.

Les chercheurs ont utilisé des algorithmes d’apprentissage automatique pour contrôler les interactions des messages avec la lumière afin de produire des images de la plus haute qualité avec le champ de vision le plus large possible jusqu’à présent avec une métasurface en couleur.

L’une des clés pour permettre de telles performances améliorées avec cette caméra est la conception intégrée de la surface optique et des algorithmes de traitement du signal qui produisent l’image.

En intégrant la conception de la surface optique et des algorithmes de traitement du signal, la caméra a reçu une amélioration significative des performances dans des conditions de lumière naturelle.

Les anciennes caméras de métasurface nécessitaient une lumière laser dans un laboratoire ou dans d’autres conditions idéales pour produire des images de haute qualité.

Lorsque les images du nouveau système sont comparées à celles de systèmes similaires dans le passé, l’équipe a découvert qu’en plus de brouiller les bords de l’image, les images prises par leur système de caméra sont comparables à celles utilisant un objectif traditionnel avec plus de 500 000 fois la le volume.

Le chercheur Ethan Tseng a déclaré que c’était un défi de concevoir et de configurer les microstructures pour faire ce que l’équipe voulait.

Avant leurs recherches, la tâche de capturer une image RVB à grand champ de vision n’était pas claire lorsqu’il s’agissait de cosigner des millions de nanostructures avec le post-traitement.

Le chercheur Joseph Mait dit que bien que l’approche de la conception optique utilisée par l’équipe ne soit pas nouvelle, leur système est le premier à utiliser la technologie de surface optique dans le front-end et le traitement neuronal dans le backend. Mais n’était pas impliqué dans la recherche. Actuellement, les chercheurs du projet travaillent sur l’ajout de capacités de calcul supplémentaires à la caméra.

Ils veulent que les capacités de calcul s’étendent au-delà de l’optimisation de la qualité d’image pour ajouter des capacités telles que la détection d’objets et d’autres capacités de détection pertinentes pour le domaine médical et la robotique.

Une perspective alléchante de la percée réalisée par les chercheurs pourrait avoir le potentiel de changer les smartphones tels que nous les connaissons. Les smartphones modernes actuels utilisent plusieurs capteurs de caméra dans un réseau à l’arrière de l’appareil.

Cependant, le système d’imagerie de métasurface que les chercheurs ont créé pourrait à terme transformer tout le dos du smartphone en un capteur de caméra géant.

De minuscules systèmes d’imagerie de ce type pourraient être intégrés dans des caméras pouvant être avalées et fournir des images haute résolution du tractus gastro-intestinal pour rechercher un cancer ou d’autres maladies sans chirurgie invasive.

De nombreuses chirurgies effectuées dans les hôpitaux du monde entier utilisent des techniques laparoscopiques consistant à insérer de minuscules caméras et instruments dans de petites incisions pratiquées dans le corps du patient.

Avoir des outils beaucoup plus petits, qui sont possibles avec cette nouvelle technologie, signifierait des incisions encore plus petites et des temps de récupération plus rapides après la chirurgie.

En juillet 2020, nous avons parlé un peu d’un petit système de caméra que les chercheurs ont créé et qui peut être attaché au dos d’un insecte. L’ensemble de ce système était nettement plus grand que la métasurface que les scientifiques ont créée dans ces travaux récents.

Actuellement, les chercheurs continuent de travailler à l’amélioration de leur système d’imagerie des métasurfaces. Il n’y a aucune indication du moment où un produit commercial pourrait résulter de leur travail.

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