Al imitar el ojo del camarón mantis, Los investigadores de Illinois han desarrollado una cámara ultrasensible capaz de detectar tanto el color como la polarización. El generador de imágenes bioinspirado puede mejorar potencialmente la detección temprana del cáncer y ayudar a proporcionar una nueva comprensión de los fenómenos submarinos. dijeron los investigadores.

"El reino animal está lleno de criaturas con ojos mucho más sensibles y sofisticados que los nuestros, "dijo Viktor Gruev, profesor de ingeniería eléctrica e informática de la Universidad de Illinois y coautor del nuevo estudio. “Estos animales perciben fenómenos naturales que son invisibles para los humanos.

"Polarización de la luz, es decir, la dirección de oscilación de la luz a medida que se propaga en el espacio es uno de esos ejemplos. Si bien la mayoría de nosotros estamos familiarizados con las gafas de sol polarizadas, que simplemente eliminan el deslumbramiento, muchos animales usan la visión polarizada como un canal de comunicación encubierto, para encontrar comida, o incluso para navegar detectando patrones de polarización en el cielo ".

El camarón mantis, considerado uno de los mejores cazadores en aguas poco profundas, posee uno de los ojos más sofisticados de la naturaleza. Comparado con la visión humana, que tiene tres tipos diferentes de receptores de color, el camarón mantis tiene 16 tipos diferentes de receptores de color y seis canales de polarización, Gruev dijo.

"Estos órganos no solo superan la sensibilidad de nuestros propios sistemas visuales, también capturan más información visual, usando menos energía y espacio, que los más sofisticados de la actualidad, cámaras de última generación, " él dijo.

Gruev y el estudiante de posgrado Missael García dirigieron un esfuerzo para replicar el sistema visual de los camarones usando algunos conceptos físicos básicos.

Informan sus hallazgos en la revista. Optica .

"La naturaleza ha ideado materiales de manera que diferentes colores de luz penetran a diferentes profundidades, "dijo Gruev, quien también dirige el Laboratorio de Biosensores en Illinois. "Si proyectamos un láser azul y un láser rojo en la punta de nuestro dedo, solo podemos observar la luz roja en el otro lado del dedo. Esto se debe a que la luz roja puede penetrar más profundamente en el tejido ".

"La naturaleza ha construido el ojo del camarón mantis de tal manera que los elementos fotosensibles se apilan verticalmente uno encima del otro, ", Dijo Gruev. Este apilamiento permite la absorción de longitudes de onda más cortas, como la luz azul, en los fotorreceptores superficiales y la luz roja en los receptores más profundos. Los fotorreceptores están organizados "de manera periódica a nanoescala que les permite también 'ver' las propiedades polarizadas de la luz, " él dijo.

"Las mismas leyes de la física que se aplican al sistema visual de la mantis también se aplican a los materiales de silicio, el material utilizado para construir nuestras cámaras digitales ", dijo García." Al apilar varios fotodiodos uno encima del otro en silicio, podemos ver el color sin el uso de filtros especiales. Y al combinar esta tecnología con nanocables metálicos, efectivamente hemos replicado la parte del sistema visual del camarón mantis que le permite detectar tanto el color como la polarización ".

Esta combinación única de fotodetectores de silicio y nanomateriales permitió al equipo de investigación de Illinois crear una cámara de polarización de color de apuntar y disparar. Las aplicaciones de este tipo de cámaras son muy variadas, desde la detección temprana del cáncer hasta el seguimiento de los cambios en el medio ambiente y la decodificación de los canales de comunicación encubiertos que muchas criaturas submarinas parecen explotar, dijeron los investigadores.

En un estudio publicado anteriormente por Gruev, un sensor de polarización bioinspirado instalado en un colonoscopio podría detectar la naturaleza desordenada de las células cancerosas en el colon humano.

"Al imitar el sistema visual del camarón mantis, hemos creado una cámara única que se puede utilizar para mejorar la calidad de nuestras vidas, ", Dijo Gruev." La noción de que podemos detectar la formación temprana del cáncer es lo que está impulsando esta investigación. El costo de esta tecnología es menos de $ 100, lo que permitirá una atención médica de calidad en lugares de todo el mundo con recursos limitados ".