Los geckos y muchos otros animales tienen cabezas que son demasiado pequeñas para triangular la ubicación de los ruidos como lo hacemos nosotros. con orejas muy espaciadas. En lugar de, tienen un pequeño túnel a través de sus cabezas que mide la forma en que las ondas sonoras entrantes rebotan para averiguar de qué dirección vienen.

Frente a su propio problema de tamaño minúsculo y triangulación, investigadores de la Universidad de Stanford han desarrollado un sistema similar para detectar el ángulo de la luz entrante. Un sistema de este tipo podría permitir que pequeñas cámaras detecten de dónde proviene la luz, pero sin la mayor parte de una lente grande.

"Crear un pequeño píxel en la cámara fotográfica que diga que la luz proviene de una u otra dirección es difícil porque, idealmente, los píxeles son muy pequeños; en la actualidad, alrededor de 1/100 de un cabello, "dijo Mark Brongersma, profesor de ciencia e ingeniería de materiales, autor principal de un artículo sobre este sistema, publicado el 29 de octubre en Nanotecnología de la naturaleza . "Así que es como tener dos ojos muy juntos y tratar de cruzarlos para ver de dónde viene la luz".

Estos investigadores están trabajando en detectores diminutos que podrían registrar muchas características de la luz, incluido el color, polaridad y, ahora, ángulo de luz. Hasta donde ellos saben, el sistema que han descrito en este documento es el primero en demostrar que es posible determinar el ángulo de luz con una configuración tan pequeña.

"La forma típica de determinar la dirección de la luz es mediante el uso de una lente. Pero son grandes y no hay mecanismos comparables cuando se encoge un dispositivo, por lo que es más pequeño que la mayoría de las bacterias". "dijo Shanhui Fan, profesor de ingeniería eléctrica, quien es coautor del artículo.

La detección de luz más detallada podría respaldar los avances en cámaras sin lentes, realidad aumentada y visión robótica, que es importante para los coches autónomos.

De átomos a geckos

Si un sonido no proviene directamente de la parte superior del gecko, un tímpano esencialmente roba parte de la energía de la onda de sonido que de otro modo se atravesaría con el otro. Esta inferencia ayuda al gecko, y alrededor de 15, 000 otras especies animales con un túnel similar:comprenda de dónde proviene un sonido.

Los investigadores imitan esta estructura en su fotodetector al tener dos nanocables de silicio, cada uno de aproximadamente 100 nanómetros de diámetro o aproximadamente 1/1000 del ancho de un cabello, alineados uno al lado del otro. como los tímpanos del gecko. Están colocados tan cerca que, cuando una onda de luz entra en ángulo, el cable más cercano a la fuente de luz interfiere con las ondas que golpean a su vecino, básicamente proyectando una sombra. El primer cable para detectar la luz enviaría la corriente más fuerte. Comparando la corriente en ambos cables, los investigadores pueden mapear el ángulo de las ondas de luz entrantes.

Los geckos no fueron la inspiración para la construcción inicial de este sistema. Soongyu Yi, un estudiante de posgrado en ingeniería eléctrica e informática en la Universidad de Wisconsin-Madison que es el autor principal del artículo, descubrí la semejanza entre su diseño y las orejas de los geckos después de que el trabajo ya había comenzado. Todos se sorprendieron por el profundo nivel de similitud. Como resulta, las mismas matemáticas que explican tanto los oídos de gecko como este fotodetector también describen un fenómeno de interferencia entre átomos muy cercanos.

"Por el lado de la teoría, en realidad, es muy interesante ver que muchos de los conceptos básicos de interferencia que van hasta la mecánica cuántica aparecen en un dispositivo que se puede usar de manera práctica, "dijo Fan.

Un compromiso a largo plazo

Este proyecto comenzó cuando uno de los coautores del artículo, Zongfu Yu, era estudiante en el laboratorio de Fan y tomó la iniciativa de combinar su trabajo allí con la investigación de Brongersma y su laboratorio. Hicieron progresos, pero tuvieron que suspender el trabajo mientras Yu solicitaba puestos en la facultad y, después, estableció su laboratorio en la Universidad de Wisconsin-Madison, donde ahora es profesor asistente de ingeniería eléctrica e informática y en cuyo laboratorio trabaja Soongyu Yi.

Muchos años después, y después de publicar la prueba de concepto actual, los investigadores dijeron que esperan seguir construyendo sobre sus resultados. Los siguientes pasos incluyen decidir qué más podrían querer medir de la luz y colocar varios nanocables uno al lado del otro para ver si pueden construir un sistema de imágenes completo que registre todos los detalles que les interesan a la vez.

"Hemos trabajado en esto durante mucho tiempo. ¡Zongfu ha tenido toda una historia entre el comienzo y el final de este proyecto! Demuestra que no hemos comprometido la calidad, ", Dijo Brongersma." Y es divertido pensar que podríamos estar aquí otros 20 años descubriendo todo el potencial de este sistema ".