Desarrollan una cámara 3D multiespectral con tecnología Inkjet que cabe en la palma de la mano

Un grupo de investigadores del Instituto Tecnológico de Karlsruhe, en Alemania, ha logrado con éxito la confección de una cámara 3D multiespectral compacta. Para conseguirlo imprimieron un conjunto de micro lentes con ayuda de la tecnología Inkjet (impresión por chorro de tinta). El objetivo principal de esta colaboración fue desarrollar un nuevo método para la recopilación de datos ópticos útiles en la reconstrucción y el análisis preciso de objetos. Una tecnología que podría revolucionar los procesos más avanzados de escaneo 3D. Los resultados han sido satisfactorios, pues esta nueva cámara puede obtener información y datos 3D en una sola toma.

Las cámaras multiespectrales pueden capturar imágenes y espectros fuera del rango visible para el ojo humano, ya que detectan la radiación a diferentes longitudes de onda. Las cámaras multiespectrales tienen amplias aplicaciones, por ejemplo, en el ámbito de la defensa sirven para tener una visión completa y detectar objetos ocultos; en la cartografía para la creación de mapas; o en la agricultura para supervisar y evaluar cultivos. Vemos pues que las aplicaciones son relevantes, sin embargo, los dispositivos actuales son muy complejos y los procesos que siguen toman mucho tiempo. Es aquí donde la nueva cámara 3D irrumpe.

Proceso de confección de la cámara multiespectral.

El proceso de impresión de micro lentes

Los nuevos micro lentes de la cámara multiespectral se fabricaron utilizando la impresión Inkjet. Si bien, esta es una tecnología que usan las impresoras de tinta comunes, el equipo ha asegurado que ha seguido un método aditivo. Comenzando por el material, los investigadores desarrollaron una tinta compuesta de SU-8, un material fotorresistente, y diluyente avanzado para resinas. En seguida, la tinta se depositó en una de las caras de un portaobjetos ultrafino que sirvió como base para crear el lente miniaturizado. En la otra cara se imprimieron filtros de color para codificar píxeles bajo la microlente. El material avanzado presentó una buena estabilidad durante la impresión y gran resistencia tras el curado UV. Una vez terminada la fase de curado con rayos ultravioleta, el componente óptico se integró en un sensor CMOS y finalmente en la carcasa de una cámara estándar.

La confección de esta cámara permitió capturar información espectral y de profundidad, pero se entremezclaba con la imagen. Como solución los investigadores optaron por un nuevo enfoque basado en el aprendizaje avanzado para extraer solo la información deseada. Qiaoshuang Zhang, autora principal del artículo declaró: «Afrontar el reto de crear una cámara multiespectral solo fue posible combinando los avances recientes de la fabricación, el diseño de sistemas y la reconstrucción de imágenes basada en IA. […] Este trabajo amplía los límites de la impresión por inyección de tinta -un método versátil de gran precisión y escalabilidad industrial- para la fabricación de componentes fotónicos».

En cuanto a la impresora que hizo posible este avance, se recurrió a la tecnología PixDro y la máquina LP50 de Suss MicroTec. Una solución de sobremesa diseñada para la investigación y el desarrollo de procesos, materiales y aplicaciones de inyección de tinta.

Parte del equipo de investigadores del Instituto Tecnológico de Karlsruhe.

Resultados y aplicaciones

El equipo probó la cámara mediante la grabación de escenas con objetos 3D multicolor y a diferentes distancias. El algoritmo se entrenó en cuanto a la reconstrucción de imágenes multiespectrales y consiguió proporcionar información espacial y espectral en 3D. A saber, imágenes de distintos objetos distinguidos por su composición espectral y profundidad. Todo en una sola toma. Este prototipo de cámara multiespectral se podría aplicar a una multitud de campos. Algunas de las aplicaciones que sugieren los investigadores son: en la industria automovilística para mejorar la conducción autónoma; en la electrónica y la optimización de smartphones; en la tecnología médica, para el desarrollo de endoscopios. Las posibilidades son amplias. El estudio fue publicado en la revista Optics Express, si te interesa conocer más, puedes consultar el archivo completo aquí.

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*Créditos de todas las fotos: Karlsruhe Institute of Technology