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El prototipo de cámara holográfica. Crédito: Universidad del Noroeste.

Investigadores de la Universidad de Northwestern han diseñado una cámara holográfica de alta resolución que captura imágenes de objetos fuera de su línea de visión, revelando objetos ocultos detrás de las esquinas, así como aquellos obstruidos por barreras como un ciervo detrás de un bosque. La cámara también puede ver a través de la niebla e incluso la piel humana, lo que la convertiría en una nueva y fantástica herramienta de imágenes médicas a la par de las máquinas de resonancia magnética y los escáneres de tomografía computarizada.

Este nuevo e impresionante método de imagen, conocido como holografía de longitud de onda sintética, funciona mediante la reconstrucción del camino que toma un haz de luz a medida que se dispersa sobre varios objetos, rebotando en las superficies hasta que el haz regresa a la fuente donde golpea un detector. Un algoritmo rastrea el camino de la luz dispersa, lo que hace posible ver el mundo desde la perspectiva de una superficie remota, incluso si está detrás de la línea de visión de las cámaras.

Si alguna vez ha intentado hacer brillar una linterna a través de su mano, entonces ha experimentado este fenómeno, dijo Florian Willomitzer, primer autor del estudio, explicando cómo funciona la dispersión de la luz. Ves un punto brillante en el otro lado de tu mano, pero, en teoría, debería haber una sombra proyectada por tus huesos, revelando la estructura de los huesos. En cambio, la luz que pasa por los huesos se dispersa dentro del tejido en todas las direcciones, borrando completamente la imagen de la sombra.

La nueva tecnología es un tipo de imagen sin línea de visión (NLoS). Investigadores de la Universidad de Stanford presentaron recientemente otra demostración impresionante de NLoS que captura imágenes de objetos en movimiento dentro de una habitación utilizando un solo rayo láser disparado a través de un ojo de cerradura.

Pero en comparación con otras tecnologías NLoS, este nuevo método lleva las cosas a un nivel completamente nuevo, capturando rápidamente imágenes de campo completo en alta resolución con precisión submilimétrica.

La clave para obtener imágenes de objetos obstruidos es interceptar la luz dispersa y medir su tiempo de viaje con precisión. Por lo general, necesitaría un aparato engorroso que consiste en detectores muy rápidos para lograr este objetivo. Los investigadores pensaron en una solución alternativa y combinaron dos láseres para generar una onda de luz sintética que puede capturar todo el campo de visión de un objeto en un holograma, esencialmente reconstruyendo su forma tridimensional completa.

Debido a su alta resolución temporal y su rápido tiempo de respuesta (menos de 50 milisegundos), en teoría, la cámara podría capturar imágenes de objetos que se mueven rápidamente, como automóviles o peatones escondidos detrás de una carretera con curvas.

Esta técnica convierte las paredes en espejos, dijo Willomitzer. Se pone mejor ya que la técnica también puede funcionar de noche y en condiciones de niebla.

La misma herramienta también puede ver a través del tejido, revelando un corazón que late u otros órganos internos obstruidos por la piel, ya que el mismo principio de dispersión de la luz se aplica en ambos casos. Siempre que haya una barrera opaca, como una pared, un arbusto, una caja o una piel, la cámara holográfica puede ver objetos en las esquinas.

La tecnología combina cuatro atributos clave destacados en los siguientes escenarios de aplicación NLoS futuros potenciales: en cada ejemplo, se utiliza una superficie o medio de dispersión para iluminar indirectamente e interceptar la luz dispersada por los objetos ocultos. Crédito: Comunicaciones de la naturaleza.

Los automóviles autónomos tendrían mucho que ganar al incorporar esta tecnología que podría prevenir muchos accidentes y salvar vidas, pero los investigadores de Northwestern creen que podría resultar más útil en imágenes médicas donde podría reemplazar o complementar los endoscopios. En lugar de meter y tirar de una cámara flexible a través de espacios reducidos y alrededor de las esquinas, como durante una colonoscopia, la imagen holográfica podría usar luz para obtener imágenes de los muchos pliegues dentro de los intestinos de una manera completamente no invasiva. De manera similar, el mismo método podría usarse para obtener imágenes de equipos industriales dañados sin tener que desmontarlos parte por parte.

Si tiene una turbina en funcionamiento y desea inspeccionar los defectos internos, normalmente usaría un endoscopio, dijo Willomitzer. Pero algunos defectos solo aparecen cuando el dispositivo está en movimiento. No puede usar un endoscopio y mirar dentro de la turbina desde el frente mientras está funcionando. Nuestro sensor puede mirar dentro de una turbina en funcionamiento para detectar estructuras que son más pequeñas que un milímetro.

El prototipo de sensor actual usa luz visible o infrarroja, pero teóricamente podría reconfigurarse y extenderse a otras frecuencias para su uso en exploración espacial o imágenes acústicas submarinas. Sin embargo, puede pasar un tiempo antes de que veamos la transición de esta tecnología del laboratorio al mercado comercial.

Todavía queda un largo camino por recorrer antes de que veamos este tipo de generadores de imágenes integrados en automóviles o aprobados para aplicaciones médicas, dijo Willomitzer. Tal vez 10 años o incluso más, pero llegará.

Los hallazgos aparecieron en la revista Nature Communications.

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