Un equipo de expertos de la Universidad de Barcelona y la empresa Sensofar Tech han diseñado una tecnología innovadora para obtener imágenes tridimensionales de una muestra de estudio de forma rápida, precisa y no invasiva. El trabajo ha sido publicado en Nature Communications .
El nuevo sistema es capaz de caracterizar la topografía tridimensional de un objeto con una velocidad y resolución espacial que supera las prestaciones de los actuales sistemas tecnológicos de identificación y reconocimiento de objetos en tres dimensiones.
Este sistema supone una novedad en el campo de la perfilometría óptica, una técnica que se aplica habitualmente en el control de calidad y la inspección de piezas en diversos sectores empresariales, desde componentes impresos en 3D hasta prótesis coronarias (stents) o la identificación de defectos o rugosidades superficiales.
La perfilometría óptica es una disciplina que mide el perfil tridimensional de los objetos utilizando luz. "Es una metodología crucial en áreas como el control de calidad en procesos industriales o, a escala científica, en la medición de micro y nanoestructuras. Normalmente, el perfil de un objeto micrométrico se mide utilizando un microscopio, que obtiene una colección de cientos de imágenes en diferentes alturas y planos del objeto", afirma Martí Duocastella, profesor del Departamento de Física Aplicada y miembro del Instituto de Nanociencia y Nanotecnología de la UB (IN2UB).
"Se trata de un proceso que implica escanear la muestra plano a plano, un proceso inherentemente lento. En el nuevo estudio presentamos una innovación que se basa en reducir drásticamente el tiempo de adquisición de esta colección de imágenes", añade.
El nuevo sistema es capaz de operar a escala micrométrica en muestras relativamente grandes y en tiempo real (hasta 60 topografías por segundo).
"Los sistemas tecnológicos actuales sólo pueden alcanzar estas velocidades en muestras muy delgadas o en muestras grandes, pero con baja resolución espacial", afirma Duocastella. "Es probable que nuestro sistema pueda tener un impacto más significativo debido a su capacidad para caracterizar procesos dinámicos. Así, gracias a nuestra tecnología, el movimiento rápido de un pequeño dispositivo, con un sensor de gas, se puede caracterizar en 3D, algo que Era imposible hasta ahora."
Para implementar la nueva tecnología, "nuestra idea es interrogar inteligentemente a la muestra, similar a como se hace en el juego Who's Who. Hasta ahora, los perfiles se adquieren preguntando a cada avión si teníamos información:'¿Está la muestra en el plano? 1?,' '¿Está en el plano 2?', '¿En el plano n?' Cada pregunta implicó hacer una imagen. Por el contrario, en nuestro estudio mostramos que es posible interrogar diferentes planos juntos:'¿Está la muestra entre el plano 1 y el plano 7?' El resultado es que conseguimos una enorme reducción en el número de imágenes:si antes necesitábamos cien imágenes, ahora nos basta con ocho", afirma Duocastella.
La nueva técnica requiere un escaneo rápido de la muestra y la sincronización de luz pulsada de diferentes duraciones. Para escanear rápidamente, se utiliza una lente líquida ultrarrápida, desarrollada por el profesor Duocastella de la Universidad de Princeton, que permite escanear miles de veces por segundo. Para la sincronización, se utilizó una matriz de puertas programables in situ (FPGA) para generar la señal para pulsar la luz y capturar la imagen de la cámara.
Una de las fases más difíciles fue intentar alcanzar altas tasas de adquisición de datos. "En este caso, la señal que se recibe de la muestra es más débil y se necesita una mayor precisión en las señales. Sin embargo, gracias al trabajo del estudiante de doctorado Narcís Vilar, pudimos superar estos obstáculos e implementar con éxito su nuevo tecnología", afirma Duocastella.
El estudio forma parte del programa de doctorado industrial y parte de su desarrollo se basa en el proyecto del European Research Council (ERC) dirigido por Martí Duocastella y gestionado por la Fundación Bosch i Gimpera (FBG).
La idea principal del estudio ha sido diseñar un tipo particular de perfilómetro óptico basado en la proyección de patrones de luz.
"Actualmente estamos trabajando en su implementación en otros tipos de perfilómetros, incluidos los de interferencia, polarización o microscopios confocales. Esperamos que, interrogando inteligentemente la muestra, podamos mejorar aún más los sistemas actuales para caracterizar muestras 3D con una precisión y velocidad sin precedentes", concluye el equipo.
Más información: Narcís Vilar et al, Imagen óptica topográfica rápida mediante escaneo focal de búsqueda codificada, Nature Communications (2024). DOI:10.1038/s41467-024-46267-y
Información de la revista: Comunicaciones sobre la naturaleza
Proporcionado por la Universidad de Barcelona
