Um sensor de campo de luz sem precedentes foi criado – isso aproxima a aparência da comunicação holográfica como em Star Wars

Cientistas de Cingapura desenvolveram um novo sensor de campo de luz com uma resolução angular sem precedentes de 0,0018°. Tem muitas aplicações, das quais a mais popular promete ser a comunicação holográfica volumétrica – como em Star Wars. Isso é motivado pela visão binocular inata de uma pessoa, para quem uma imagem tridimensional é muito mais informativa, em contraste com uma tela plana sem profundidade de cena.

Fonte da imagem: Universidade Nacional de Cingapura

Um campo de luz é um conjunto mais ou menos completo de dados sobre uma cena ou campo de visão, como a direção de propagação da luz (ângulo de visão) e sua intensidade nessa direção. De cada objeto visível para nós, raios de luz são refletidos no campo de visão com cor e intensidade próprias. Cada olho vê e capta esses raios com uma resolução sem precedentes, e a imagem final é coletada em nosso cérebro. Vemos tudo sem “pixels” – como uma imagem contínua.

Com a tecnologia, tudo é difícil. Sensores com a mesma resolução dos olhos e a capacidade de fixar os raios em diferentes ângulos simplesmente não existem, e mesmo os que existem – com resolução relativamente baixa – devem ser atendidos com uma alta carga computacional. Na foto abaixo, uma tela de campo de luz estereoscópica de 17 polegadas da empresa japonesa JDI é mostrada como exemplo e, à direita dela, está um reprodutor de vídeo estereoscópico de 8K.

Demonstração do visor de campo de luz estereoscópico de 17 polegadas. Fonte da imagem: JDI

Pesquisadores da Universidade Nacional de Cingapura usaram um material incomum e um tanto esperado, a perovskita, para criar um sensor de campo de luz altamente sensível. Nos últimos dez anos, a perovskita tem sido considerada um semicondutor promissor para aplicações fotovoltaicas e além. Uma de suas propriedades interessantes é a capacidade, com a ajuda de impurezas, de alterar a sensibilidade em uma ampla gama de ondas eletromagnéticas, do ultravioleta ao visível e ainda ao raio-X.

By the way, este também é um fator importante no novo desenvolvimento. Imagine uma máquina cirúrgica que pode escanear com precisão o corpo humano em profundidade e construir uma imagem tridimensional para o cirurgião durante a operação. Os sensores de campo de luz desenvolvidos anteriormente não eram capazes disso.

Cientistas de Cingapura depositaram uma série de nanossensores de perovskita em um substrato fino e transparente. Mais um nanossensor de perovskita foi anexado perpendicularmente a cada sensor (para coletar mais informações sobre o sinal de luz) e uma matriz CCD de cor comum foi colocada abaixo do substrato. A essência do desenvolvimento é que cada nanossensor acende com uma determinada cor para um ângulo de incidência de luz estritamente definido. Assim, o ângulo de incidência da luz é codificado em cores, perfeitamente legíveis pelo CCD.

Fonte da imagem: Yi Luying / Nature

Segundo os desenvolvedores, isso permite registrar o campo de luz da cena com uma resolução angular sem precedentes – menos de 0,015 ° em perspectiva e sensibilidade espectral de 0,002 nm a 550 nm. Desenvolvimentos alternativos estão longe de tais indicadores, conforme relatado na última edição da revista Nature.

«Atualmente, os detectores de campo de luz usam uma variedade de lentes ou cristais fotônicos para obter várias imagens do mesmo espaço de diferentes ângulos. No entanto, integrar esses elementos em semicondutores para uso prático é uma tarefa difícil e cara”, explicou o professor Liu Xiaogang. “As tecnologias tradicionais só podem detectar campos de luz na faixa de comprimento de onda do ultravioleta ao visível, levando a aplicações limitadas na detecção de raios-X”.

Os desenvolvedores já solicitaram uma patente internacional para a invenção. No futuro, eles se concentrarão em métodos para melhorar a precisão espacial e a resolução de seu sensor de campo de luz, por exemplo, usando detectores de cor de grau superior.