Física enganada: nova tecnologia de lente única promete melhorar as câmeras de smartphones

A câmera do primeiro iPhone em 2007 tinha resolução de apenas 2 megapixels. Os smartphones hoje têm uma grande variedade de câmeras na frente e atrás, algumas das quais possuem resoluções de até 108MP. Além disso, o software de fotografia computacional fez grandes avanços ao longo de uma década, mas as lentes geralmente permaneceram as mesmas. Mas isso está fadado a mudar.

Olly Curtis | Getty Images

Uma nova empresa chamada Metalenz visa melhorar fundamentalmente as câmeras de smartphones substituindo os grupos de lentes atuais por uma única lente plana feita de nanoestruturas. De acordo com a empresa, uma câmera com essa lente focaliza a imagem da mesma forma, mas coleta mais luz para fotos melhores. Além disso, a tecnologia torna os módulos da câmera muito mais compactos.

Hoje, toda câmera de smartphone tem várias lentes (elementos de lente) instaladas uma atrás da outra. No iPhone 12 Pro, por exemplo, o módulo principal da câmera traseira usa uma lente de sete elementos. Com o sistema de lentes, os fabricantes alcançam um design compacto e, ao mesmo tempo, uma imagem nítida e focada na matriz.

Conjunto de módulos de câmera equipados com lentes Metalenz (Julian Knight)

«A ótica comumente usada em smartphones modernos consiste em quatro a sete lentes ”, disse Oliver Schindelbeck, gerente de inovação da renomada fabricante de ótica Zeiss para lentes de qualidade. “Se você tiver apenas uma lente, apenas pelas leis físicas haverá aberrações ou distorções na imagem devido à dispersão e difração”.

Mais lentes permitem que os fabricantes compensem problemas como aberração cromática (separação de cores nas bordas de uma imagem) ou distorção de lentes (onde linhas retas aparecem curvas em uma fotografia). No entanto, colocar as lentes uma em cima da outra requer mais espaço dentro do módulo da câmera. Esta é uma das muitas razões pelas quais a “protuberância” da câmera em smartphones tem se tornado cada vez maior ao longo dos anos.

«Quanto mais elementos de lente você precisa para caber na câmera, mais espaço você precisa ”, disse o Sr. Schindelbeck. Outro motivo é o uso de sensores de imagem e lentes de zoom cada vez maiores. “A ótica em smartphones se tornou mais sofisticada, mais lentes foram adicionadas, incluindo elementos asféricos, para atingir a redução de espaço necessária, mas não houve nenhuma revolução nesta área nos últimos 10 anos”, disse Oliver Schindelbeck.

É aqui que entra o Metalenz. Em vez de elementos de lente de plástico ou vidro empilhados em cima do sensor de imagem, a Metalenz usa uma única lente construída em uma placa de vidro de 1 × 1 a 3 × 3 mm. A placa consiste em nanoestruturas com um milésimo da largura de um cabelo humano – elas dobram os raios de luz de tal forma que muitas das desvantagens dos sistemas clássicos de lente única são eliminadas.

Módulos de câmera equipados com lentes Metalenz próximas (Julian Knight)

O núcleo da tecnologia foi desenvolvido ao longo de décadas de pesquisa – anteriormente, o co-fundador e CEO da Metalenz, Robert Devlin, trabalhou em seu doutorado na Universidade de Harvard com o renomado físico e co-fundador da Metalenz Federico Capasso. A própria empresa foi criada em 2017.

A luz viaja através de nanoestruturas, que no nível microscópico parecem milhões de círculos de diâmetros diferentes. O Sr. Devlin observou que você pode simplesmente alterar o tamanho desses círculos para controlar o fluxo de luz, alcançando o resultado desejado e refratando os raios de uma determinada maneira. A imagem resultante será tão nítida quanto um sistema de lentes múltiplas: nanoestruturas assumirão o trabalho de reduzir ou eliminar muitas das aberrações degradantes de imagem encontradas em câmeras tradicionais. Além disso, o design não economiza apenas espaço, o que já seria um avanço: os desenvolvedores afirmam que a nova abordagem permite capturar e direcionar mais luz para o sensor de imagem, obtendo imagens mais brilhantes e claras mesmo com pouca luz.

Muitas tecnologias promissoras permanecem no papel por muito tempo. Mas, no caso da Metalenz, parece que você pode esperar o contrário. A empresa já fez parceria com dois líderes na indústria de semicondutores (que atualmente pode produzir um milhão de módulos Metalenz por dia). As ópticas são fabricadas nas mesmas fábricas onde os dispositivos de consumo são montados, o que simplifica as cadeias de abastecimento.

A produção em série está prevista para começar até o final do ano. Inicialmente, este sistema encontrará aplicação em um sensor 3D de um determinado smartphone (ainda não foram citados os parceiros nem o fabricante do smartphone). A Metalenz afirma que sua tecnologia pode encontrar aplicações fora dos smartphones: em dispositivos médicos, em câmeras de realidade virtual e aumentada, em câmeras de carro e assim por diante.