Un equipo de investigación de ingenieros de Vanderbilt que incluye a un científico del Laboratorio Nacional de Oak Ridge ha demostrado un nuevo filtro ultrafino, basado en metamateriales, que permite el procesamiento de imágenes ópticas analógicas. Su trabajo, Óptica plana para diferenciación de imágenes, aparece hoy en la revista científica, Fotónica de la naturaleza .

Si bien el procesamiento de imágenes digitales se ha convertido en la técnica predominante en una variedad de disciplinas de ciencia e ingeniería, requiere computadoras avanzadas, espacio para acomodar la computadora, y poder sustancial.

"La mayor parte del procesamiento de imágenes se realiza de forma digital, pero el procesamiento óptico analógico tiene las ventajas de ser de baja potencia y alta velocidad, "dijo Jason Valentine, profesor asociado de ingeniería mecánica y subdirector del Instituto Vanderbilt de Ciencia e Ingeniería a Nanoescala. Si bien el procesamiento de imágenes ópticas se ha realizado en el pasado, generalmente requiere múltiples lentes ópticas, lo que da como resultado un tamaño de sistema grande.

El filtro de metamaterial, el primero de su tipo, diferencia la luz entrante directamente, Permitiendo a uno visualizar directamente los bordes, o fronteras, del objeto.

"El filtrado de bordes es un paso común de preprocesamiento en el reconocimiento de objetos, por ejemplo, detectar el borde de un carril para vehículos autónomos. También se puede utilizar para detectar márgenes de tumores en la imaginación médica o para clasificar el tamaño y el tipo de células en el caso de la clasificación de células para la detección del cáncer. "Dijo Valentine.

El filtro de metamaterial se basa en un cristal fotónico bidimensional hecho de silicio que permite obtener imágenes directas de los bordes de un objeto en todas las direcciones. El 'diferenciador nanofotónico' se puede integrar en un microscopio óptico o en un sensor de cámara, adaptar fácilmente un sistema de procesamiento de imágenes existente.

"Uno de los principales beneficios de nuestro enfoque es la capacidad de integrar el metamaterial con los sistemas ópticos tradicionales. Como ejemplo, construimos un microscopio de detección de bordes simplemente colocando el filtro de metamaterial dentro de un microscopio óptico comercial, "dijo You Zhou, un doctorado estudiante del Programa Interdisciplinario de Ciencia de Materiales y uno de los cuatro autores. Las pruebas incluyeron imágenes de las células de la epidermis de la cebolla, tallo de calabaza y nervio motor de cerdo.

El filtro, más delgado que un cabello humano, también se integró con una lente basada en metamateriales, resultando en un completamente plano, y óptica ultrafina que puede realizar imágenes de bordes. Esto reduce aún más el tamaño de los sistemas ópticos tradicionales utilizados para este propósito.

"La característica clave es la capacidad de realizar el procesamiento de imágenes a la velocidad de la luz sin requerir energía de entrada y hacerlo en un factor de forma extremadamente delgado, Valentine dijo:"Esto abre nuevas puertas para el procesamiento de imágenes analógicas ópticas en tiempo real y de alta velocidad en aplicaciones tales como visión artificial e imágenes biológicas".