Os cientistas criaram um filtro de luz em um semicondutor 2D, que atualizou uma câmera barata e abriu um novo caminho para computadores ópticos

Uma equipe de pesquisadores do NanoSystems Research Institute da UCLA desenvolveu um dispositivo que reduz o brilho nas imagens. O desenvolvimento, que utiliza tecnologia de semicondutores 2D, pode usar a luz ambiente como um “filtro inteligente” avançado. Os desenvolvedores afirmam que seu filtro ajuda a melhorar significativamente a qualidade das fotos de câmeras baratas.

Fonte da imagem: UCLA

O dispositivo recém-criado mede 0,4 x 0,4 polegadas (1 x 1 centímetro) e apresenta um chip transparente ultrafino com apenas alguns átomos de espessura que contém uma matriz de 100 por 100 pixels.

«Um dispositivo barato com alguns centímetros de tamanho poderia fazer com que uma câmera de baixo consumo funcionasse como uma câmera de ultra-alta definição. Isto reduziria significativamente o custo de acesso a tecnologias de imagem e digitalização de alta resolução”, comenta Aydogan Ozcan, professor de engenharia elétrica e de computação na UCLA e coautor do estudo. Detalhes do estudo foram publicados na revista Nature Communications.

A equipe de pesquisadores buscou encontrar um material com absorção mínima de luz, mas ainda capaz de gerar sinal suficiente para processar a luz. O objeto de estudo é um plano transparente medindo um centímetro quadrado. Ele usa um semicondutor bidimensional, que é uma película fina com vários átomos de espessura. Devido à sua espessura, o material é transparente, mas ainda assim possui propriedades que permitem que os fótons que passam por ele controlem efetivamente a condutividade elétrica. Para que o semicondutor 2D funcione, ele é conectado por meio de eletrodos a uma camada de cristal líquido. O produto final é um filtro inteligente de 10.000 pixels que pode escurecer rápida e seletivamente de maneira não linear em resposta à luz ambiente de banda larga.

Segundo a equipe, cada pixel do filtro pode passar de transparência total, transparência parcial e opacidade total. Vale ressaltar que para uma mudança brusca de estado é necessário um número mínimo de fótons. Os pesquisadores demonstraram sua invenção com uma câmera de smartphone, onde reduziu efetivamente o brilho nas imagens.

Além de reduzir o brilho da câmera, a tecnologia tem amplo potencial de aplicação em aplicações industriais e de consumo. Por exemplo, pode ser usado em sistemas avançados de reconhecimento de veículos autônomos e em câmeras que podem identificar alguns objetos enquanto escondem outros, na criptografia de imagens e na identificação rápida e precisa de defeitos em linhas de montagem robóticas.

Como observam os pesquisadores, esse filtro tem muitas vantagens. Por exemplo, permite processar imagens recebidas sem precisar convertê-las em sinal digital, acelerando assim os resultados e minimizando os dados enviados à nuvem para processamento e armazenamento digital.

Os desenvolvedores esperam que sua tecnologia seja usada em câmeras de baixo custo no futuro. Além disso, pode contribuir para o desenvolvimento de computadores ópticos. Um dos principais problemas deste último foi a dificuldade de obtenção de respostas não lineares, cruciais para a geração de sinais que não são estritamente proporcionais ao sinal de entrada. A não linearidade, por sua vez, é crucial para a criação de sistemas de computação universais, incluindo a inteligência artificial.

Materiais e dispositivos não lineares em desenvolvimento requerem um fluxo significativo de luz para funcionar de forma eficaz. Para atender a essa necessidade, é necessário contar com lasers de alta potência limitados a uma faixa estreita do espectro eletromagnético. Alternativamente, podem ser utilizados materiais com baixas taxas de absorção de luz, mas isto resulta numa velocidade de processamento reduzida. Além disso, isto requer a utilização de materiais energeticamente eficientes que possam absorver quantidades significativas de luz, mas não são adequados para aplicações que priorizem a eficiência luminosa ou a transparência.

Um estudo da Universidade da Califórnia mostrou que um pequeno conjunto de pixels transparentes pode gerar uma resposta rápida, ampla e não linear à luz ambiente de baixa potência. “As soluções atuais em óptica não linear estão muito aquém do que precisamos para aplicações de computação visual. E precisamos de não-linearidades rápidas, de baixo consumo de energia, banda larga, baixas perdas e para sistemas ópticos. Nosso desenvolvimento ajuda a resolver esse problema”, acrescentou Ozcan.