211service.com
Una cámara de globo ocular, ahora con zoom
El floreciente campo de la electrónica extensible promete cambiar la forma en que pensamos sobre los dispositivos. Los chips de silicio, una vez confinados a formas planas y rígidas, saldrán del molde plano. Un ejemplo experimental es una cámara, modelada a partir de un globo ocular, que presenta una matriz curva de sensores de luz.
Ojo del espectador: Dentro de esta cámara experimental, una matriz de sensores extensible se encuentra debajo de una lente líquida. Se bombea agua a ambos componentes para cambiar la ampliación de la imagen capturada por la cámara.
Ahora, un nuevo diseño le da un impulso a esta cámara curva: la forma de la lente y de su sensor se puede cambiar en sincronía, proporcionando un zoom de 3,5x. Esto proporciona una pieza clave de la funcionalidad faltante para el concepto de cámara original, dice John Rogers , profesor de ciencia e ingeniería de materiales en la Universidad de Illinois, Urbana-Champaign. Rogers lideró el desarrollo del dispositivo. El resultado es un sistema de cámara completo, con lentes sintonizables y detector sintonizable, capaz de tomar fotografías, dice. Rogers y sus coautores publicaron detalles del trabajo el lunes en el procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias .
Una cámara con sensores curvos, análoga a la retina curvada del ojo, tiene ciertas ventajas sobre una con sensor plano. Su campo de visión es más amplio y, en general, el dispositivo puede ser más simple y compacto. Las posibles aplicaciones incluyen cámaras para vigilancia, teléfonos, imágenes endoscópicas o incluso pequeñas cámaras de video integradas en cascos de fútbol, dice Yonggang Huang , coautor y profesor de ingeniería en Northwestern University.
La cámara es tan ancha como una moneda de cinco centavos y tiene dos partes principales, una lente y una matriz de sensores. La lente consta de una fina membrana estirada sobre una ventana de vidrio transparente. La forma de la lente, que corresponde a la distancia focal de la cámara, cambia cuando el espacio entre el vidrio y la membrana se llena de agua.
Para que la cámara produzca imágenes de calidad, su conjunto de sensores debe ajustarse para coincidir con la lente. Por lo tanto, el detector consta de una matriz de diodos de silicio ultradelgados de 16 por 16, conectados por cables delgados. La matriz, originalmente fabricada sobre un sustrato plano, se asienta sobre una hoja estirable y está adherida a una placa con una abertura circular. Cuando se bombea agua fuera de una cámara debajo de la placa creando una presión negativa, los sensores estirables se bajan, produciendo una forma cóncava. La modulación de la presión del agua en la lente y debajo de los sensores permite producir una variedad de aumentos.
Los datos recopilados por la matriz de sensores se transfieren a una computadora, donde se utilizan para crear una imagen. La cámara tiene una cantidad relativamente pequeña de píxeles, por lo que el sistema utiliza trucos computacionales para aumentar la resolución. Al tomar varias fotografías desde posiciones ligeramente diferentes y usar algoritmos de imágenes especiales, los investigadores pudieron lograr un aumento de 100 veces en la resolución. Se utilizó la misma técnica básica para compensar los píxeles dañados.
Después de años de teórico modelado y multa - Afinación el fabricación y transferir proceso , Rogers y sus colegas han encontrado formas efectivas de hacer que el silicio se estire en una variedad de formas para diversas aplicaciones. El enfoque implica conectar islas ultrafinas de silicio utilizando cables con patrones precisos en una superficie adaptable. Cuando se estira una superficie, las islas de silicio se libran de la tensión porque los cables les permiten separarse y porque ellos mismos son muy delgados.
Los materiales orgánicos e impresos también se pueden utilizar para fabricar componentes electrónicos extensibles, pero no pueden igualar al silicio en términos de velocidad. Las aplicaciones de los circuitos de silicio extensibles van desde sensores eléctricos que se encuentran en la parte superior del cerebro hasta células solares portátiles. Inicio de Rogers MC 10 anunció recientemente una colaboración con Reebok para integrar dispositivos electrónicos extensibles en la ropa deportiva para monitorear el desempeño de una persona durante el entrenamiento o la rehabilitación.
El nuevo diseño de la cámara es una demostración fantástica de la caja de herramientas de tecnología en la que John Rogers y Yonggang Huang han sido pioneros a lo largo de los años, dice Heiko Jacobs , profesor de ingeniería eléctrica e informática en la Universidad de Minnesota. Rogers y Huang pueden integrar dispositivos de alto rendimiento en sustratos estirables y curvos mientras mantienen la actividad eléctrica, dice. Cambiará drásticamente la apariencia de dispositivos y sistemas que pueden tomar nuevas formas y formas que hace unos años hubieran sido imposibles de construir.
Sin embargo, la cámara de globo ocular con zoom aún se encuentra en sus primeras etapas. El sistema hidráulico utilizado puede no ser el más práctico para la comercialización, dice Huang. En el futuro, dice, este mecanismo puede ser reemplazado por micro actuadores u otras estrategias de control.
Huang agrega que las versiones futuras serán más pequeñas y tendrán más píxeles que la actual. Incluso pueden adoptar un sistema de lentes múltiples que se asemeja al ojo de un insecto. Y para la comercialización, los investigadores deberán demostrar que el enfoque se puede escalar a matrices de fotodetectores con capacidad de megapíxeles. Creemos que es posible, dice Huang, con un trabajo de ingeniería sustancial.