میرنیوز
دوربینی به اندازه دانه نمک!
2021-11-30T14:02:31+03:30
به گزارش ایسنا و به نقل از فیز، دوربین‌هایی که در اندازه میکرو ساخته شده‌اند، این قابلیت را دارند که مشکلات را در بدن انسان شناسایی کنند و به ربات‌های فوق‌العاده کوچک امکان بدهند تا توانایی حس کردن داشته باشند اما روش‌های پیشین، تصاویر مبهمی با میدان دید محدود ثبت کرده‌اند.
پژوهشگران "دانشگاه پرینستون"(Princeton University) و "دانشگاه واشنگتن"(University of Washington) در پروژه مشترکی، با ابداع یک دوربین فوق‌العاده پیچیده به اندازه یک دانه درشت نمک، بر این چالش غلبه کرده‌اند. آنها در پژوهش خود نشان داده‌اند که این سیستم جدید می‌تواند تصاویری واضح و تمام رنگی را تولید کند.
این سیستم با طراحی پردازش محاسباتی و سخت افزار دوربین می‌تواند آندوسکوپی غیرتهاجمی با ربات‌های پزشکی را برای تشخیص و درمان بیماری‌ها امکان‌پذیر سازد و تصویربرداری را برای سایر ربات‌هایی که محدودیت اندازه و وزن دارند، بهبود ببخشد. مجموعه‌های متشکل از هزاران دوربین مشابه این نمونه می‌توانند برای سنجش تمام صحنه استفاده شوند و سطوح را به دوربین تبدیل کنند.
در حالی که یک دوربین سنتی، مجموعه‌ای از لنزهای خمیده شیشه‌ای یا پلاستیکی را برای خم کردن پرتوهای نور در فوکوس به کار می‌برد، این سیستم نوری جدید به فناوری موسوم به "فراسطح"(Metasurface) متکی است که می‌توان آن را شبیه به یک تراشه رایانه‌ای تولید کرد. عرض فراسطح، تنها نیم میلی‌متر است و ۱/۶ میلیون ساختار استوانه‌ای به شکل میله دارد که هر کدام تقریبا به اندازه ویروس "HIV" هستند.
هر میله، دارای یک هندسه منحصر به فرد است و مانند یک آنتن نوری عمل می‌کند. تغییر طراحی هر میله برای شکل دادن درست کل جبهه موج نوری، ضروری است. با کمک الگوریتم‌های مبتنی بر یادگیری ماشینی، تعامل میله‌ها با نور ممکن می‌شود تا تصاویری را با بالاترین کیفیت و وسیع‌ترین میدان دید برای یک دوربین تمام‌رنگی فراسطحی تولید کند.
یک نوآوری کلیدی در ایجاد دوربین، طراحی یکپارچه الگوریتم‌های پردازش سیگنال و سطح نور بود که تصویر را تولید می‌کنند. "فلیکس هاید"(Felix Heide)، استادیار علوم رایانه‌ای دانشگاه پرینستون و پژوهشگر ارشد این پروژه گفت: این کار، دوربین را در شرایط نور طبیعی تقویت کرد؛ برخلاف دوربین‌های فراسطحی پیشین که به پرتو لیزر آزمایشگاه یا سایر شرایط ایده‌آل برای تولید تصاویر با کیفیت بالا نیاز داشتند.
پژوهشگران، تصاویر تولیدشده با سیستم خود را با نتایج به دست آمده از دوربین‌های فراسطحی پیشین مقایسه کردند. تصاویر ثبت‌شده با نانودوربین‌ها به جز کمی تاری در لبه‌های قاب، قابل مقایسه با تصاویر لنزهای سنتی بودند که حجم آنها بیش از ۵۰۰ هزار برابر است.
سایر لنزهای فوق‌العاده فشرده فراسطحی، مشکلاتی از جمله اعوجاج‌های عمده تصویر، میدان دید کوچک و توانایی محدود در گرفتن طیف کامل نور مرئی را شامل می‌شوند.
"ایتن تسنگ"(Ethan Tseng)، دانشجوی مقطع دکتری علوم رایانه‌ای دانشگاه پرینستون و از سرپرست‌های این پروژه گفت: طراحی و پیکربندی این ریزساختارهای کوچک برای انجام آن چه که می‌خواهید، یک چالش است. این کار برای این وظیفه ویژه یعنی ثبت تصاویر با میدان دید بزرگ، چالش‌برانگیز است زیرا میلیون‌ها ریزساختار کوچک وجود دارد و مشخص نیست که چگونه می‌توان آنها را با روش بهتری طراحی کرد.
"شین کولبرن"(Shane Colburn)، از پژوهشگران این پروژه، با ابداع یک شبیه‌ساز محاسباتی برای آزمایش خودکار پیکربندی‌های گوناگون نانو آنتن، با این چالش مقابله کرد. به گفته کولبرن، این نوع شبیه‌سازی به دلیل تعداد آنتن‌ها و پیچیدگی تعامل آنها با نور می‌تواند از حافظه و زمان قابل توجهی استفاده کند. او مدلی را برای بررسی کارآمد قابلیت‌های تولید تصویر فراسطحی با دقت کافی ایجاد کرد.
"جیمز وایتهد"(James Whitehead)، دانشجوی مقطع دکتری دانشگاه واشنگتن و از پژوهشگران این پروژه، سطوح فراسطحی را ساخت که مبتنی بر نیترید سیلیسیم بودند. نیترید سیلیسیم، ماده‌ای شیشه مانند است که با روش‌های استاندارد نیمه‌رسانا که برای تولید تراشه‌های رایانه‌ای استفاده می‌شود، سازگاری دارد. این بدان معناست که یک طرح فراسطحی معین را می‌توان به سادگی و با هزینه‌ای کمتر از هزینه تولید لنز دوربین‌های معمولی، به صورت انبوه تولید کرد.
هاید و همکارانش اکنون در تلاش هستند تا قابلیت‌های محاسباتی بیشتری را به دوربین اضافه کنند. آنها مایل هستند تا فراتر از بهینه‌سازی کیفیت تصویر، قابلیت تشخیص دادن اشیا و روش‌های سنجش مربوط به پزشکی و علوم رباتیک را به این فناوری اضافه کنند.
همچنین هاید، استفاده از دوربین‌های فوق فشرده را برای ابداع سطوح به عنوان حسگر در نظر گرفته است. وی افزود: ما می‌توانیم سطوح را به دوربین‌هایی تبدیل کنیم که وضوح فوق‌العاده بالایی دارند. با کمک این فناوری، دیگر به سه دوربین در پشت تلفن همراه خود نیاز نخواهید داشت، بلکه همه قسمت پشت تلفن همراه شما به یک دوربین بزرگ تبدیل می‌شود. ما می‌توانیم به روش‌های کاملا متفاوتی برای ساخت این دستگاه‌ها در آینده فکر کنیم.
این پژوهش، در مجله "Nature Communications" به چاپ رسید.
انتهای پیام
منبع : خبرگزاری ایسنا
کلمات کلیدی : میرنیوز دوربين لنز نمك نور تصویربرداری فناوري دانشگاه پرینستون دانشگاه واشنگتن
اشتراک گذاری :
آخرین اخبار علمی
اعضای شورای راهبری هوش مصنوعی معرفی شدند/ایجاد زیر ساخت هوش مصنوعی در دستور کار ۱۰ نهاد
آتش‌سوزی جنگلی موجب رشد حیات دریایی می‌شود!
استرس کاری ریسک بیماری قلبی را در مردان افزایش می دهد
۲.۵ میلیون ایرانی در اهدای خون مشارکت دارند
چین در شرق تهران بیمارستان هوشمند احداث می کند
راه اندازی ۶۰ هزار تخت بیمارستانی در کشور
وزارت بهداشت برای اولین بار سرایدار استخدام می‌کند
زمان اخذ رأی در انتخابات نظام پرستاری افزایش یافت
هوای آلوده و افزایش ریسک سرطان سینه/ درمان سوءهاضمه با زردچوبه
بیماری هزارچهره را جدی بگیریم/ عوارض بیماری سلیاک
اهمیت تولید محصولات غذایی فاقد گلوتن برای بیماران سلیاک
نشست چالش‌های زنجیره تأمین دارو در ایران برگزار می‌شود
چگونه از ابتلا به سرماخوردگی جلوگیری کنیم
خرید اعتباری محصولات پتروشیمی به نفع صنعت دارو است
چه کسانی پرونده الکترونیک سلامت دارند
بررسی راهکارهای ورود ایران به بازار دارویی اوراسیا
جامعه پزشکی باید تخصص را همراه تعهد حرفه‌ای داشته باشد
هفته دفاع مقدس فرصتی برای انتقال مفاهیم بهداری رزمی
نشست چالش های قیمت گذاری دارو برگزار می‌شود
دانش آموز بدون صبحانه مدرسه نرود/ میان وعده‌های سالم
وزیر بهداشت زنگ دبیرستان شهید آوینی را نواخت
۱۰ هزار نیروی پرستاری در بخش درمان استخدام می شوند
بازدید سرزده عین اللهی از بیمارستان شفا یحیاییان
۲۲ بیمار کرونایی در یک هفته گذشته فوت شدند
داروی ایرانی از طریق صادرات به دنیا معرفی می‌شود
ایران دارای قوی‌ترین نظام سلامت در منطقه است
ادعای دخالت وزارت بهداشت در انتخابات نظام پرستاری رد شد
اورژانس تهران در هفته گذشته ۲۰ هزار مأموریت انجام داد
جهان امروز با کمبود آب و غذای سالم مواجه است
تایید موفقیت نخستین واکسن ایرانی کرونا
