Operaciones matemáticas a la velocidad de la luz

   MADRID, 7 Nov. (EUROPA PRESS) -

   Una nueva superficie nanoestructurada capaz de realizar operaciones matemáticas sobre la marcha en una imagen proyectada en la misma, a la velocidad de la luz.

   Este descubrimiento del AMOLF (Institute for Atomic and Molecular Physics) de Países Bajos podría aumentar la velocidad de las técnicas de procesamiento de imágenes existentes y reducir el uso de energía. El trabajo permite la detección de objetos ultrarrápidos y aplicaciones de realidad aumentada. Los investigadores publican sus resultados en la revista Nano Letters.

   El procesamiento de imágenes es el núcleo de varias tecnologías de rápido crecimiento, como la realidad aumentada, la conducción autónoma y el reconocimiento de objetos más general. Pero, ¿cómo una computadora encuentra y reconoce un objeto? El paso inicial es comprender dónde están sus límites, por lo tanto, la detección de bordes en una imagen se convierte en el punto de partida para el reconocimiento de imágenes. La detección de bordes generalmente se realiza digitalmente mediante circuitos electrónicos integrados que implican limitaciones fundamentales de velocidad y alto consumo de energía, o de manera analógica que requiere una óptica voluminosa.

   En un enfoque completamente nuevo, la estudiante de doctorado Andrea Cordaro y sus compañeros de trabajo crearon una "meta-superficie" especial, un sustrato transparente con un conjunto especialmente diseñado de nanobarras de silicio. Cuando se proyecta una imagen en la metasuperficie, la luz transmitida forma una nueva imagen que muestra los bordes del original.

   Efectivamente, la metasuperficie realiza una operación matemática derivada en la imagen, que proporciona una sonda directa de bordes en la imagen. En un primer experimento, se proyectó una imagen del logotipo de AMOLF en la metasuperficie. A una longitud de onda especialmente diseñada (726 nm), se observa una imagen clara de los bordes. La transformación matemática resulta del hecho de que cada frecuencia espacial que compone la imagen tiene un coeficiente de transmisión personalizado a través de la metasuperficie. Esta transmisión personalizada es el resultado de una compleja interferencia de luz a medida que se propaga a través de la metasuperficie.

   Para demostrar la detección de bordes experimentalmente en una imagen, los investigadores crearon una versión en miniatura de la pintura Meisje met de parel (Chica con un arete de perla, de Vermeer) mediante la impresión de pequeños puntos de cromo en un sustrato transparente. Si la imagen se proyecta sobre la metasuperficie utilizando iluminación no resonante, la imagen original se reconoce claramente. Por el contrario, si la iluminación tiene el color correcto, los bordes se resuelven claramente en la imagen transformada.

   Esta nueva técnica de computación óptica e imagen funciona a la velocidad de la luz y la operación matemática en sí no consume energía, ya que solo involucra componentes ópticos pasivos. La metasuperficie se puede implementar fácilmente colocándola directamente en un chip detector CCD o CMOS estándar, abriendo nuevas oportunidades en la computación híbrida óptica y electrónica que opera a bajo costo, baja potencia y pequeñas dimensiones.