In un nuovo studio, i ricercatori hanno utilizzato la stampa 3D e parti a basso costo per creare un imager iperspettrale economico che sia abbastanza leggero da utilizzare i droni a bordo. Offrono una ricetta per creare questi imager, che potrebbe rendere più ampiamente accessibile la tecnica analitica tradizionalmente costosa.

Gli imager iperspettrali producono immagini come una tradizionale telecamera a colori ma rilevano diverse centinaia di colori invece dei tre rilevati dalle normali telecamere. Ogni pixel di un'immagine iperspettrale contiene informazioni che coprono l'intero spettro visibile, fornire dati utilizzabili, Per esempio, per rilevare e ordinare automaticamente gli oggetti o misurare il colore dell'oceano per mappare le fioriture di alghe dannose. Gli imager iperspettrali tradizionali possono costare decine di migliaia di dollari e sono molto ingombranti e pesanti.

Nella rivista The Optical Society (OSA) Optics Express , i ricercatori spiegano in dettaglio come realizzare imager iperspettrali a lunghezza d'onda visibile che pesano meno di mezzo chilo per soli $ 700 (USD). Dimostrano anche che questi imager possono acquisire dati spettrali a bordo di un drone.

"Gli strumenti che abbiamo realizzato possono essere utilizzati in modo molto efficace su un drone o su un veicolo senza pilota per acquisire immagini spettrali, " ha affermato il leader del gruppo di ricerca Fred Sigernes dell'University Center di Svalbard (UNIS), Norvegia. "Ciò significa che l'imaging iperspettrale potrebbe essere utilizzato per mappare vaste aree di terreno, Per esempio, senza la necessità di noleggiare un aereo o un elicottero per trasportare uno strumento costoso e di grandi dimensioni."

Stampare le parti giuste

Una stampante 3D desktop ha notevolmente facilitato il processo di creazione dei supporti per ottiche personalizzati necessari per gli imager. "La realizzazione di oggetti in metallo richiede tempo e può essere molto costosa, " disse Sigernes. "Tuttavia, La stampa 3D con la plastica è economica e molto efficace per realizzare parti anche complesse, come il pezzo necessario per contenere la grata che disperde la luce. Sono stato in grado di stampare diverse versioni e provarle."

Gli imager iperspettrali creati dai ricercatori utilizzano la cosiddetta tecnica push-broom, che utilizza una scansione lineare precisa per creare un'immagine spettrale. I ricercatori hanno aggiunto un sistema di stabilizzazione alla configurazione in modo che il movimento di un drone non distorcasse l'immagine mentre veniva generata.

"Gli imager iperspettrali push-broom in genere richiedono una costosa stabilizzazione dell'orientamento, " ha spiegato Sigernes. "Tuttavia, ora puoi acquistare un giroscopio molto economico, sistemi di stabilizzazione elettronica. L'avvento di questi nuovi sistemi ha reso possibile per noi realizzare imager iperspettrali economici".

Test in volo

I ricercatori hanno realizzato diversi prototipi utilizzando la stampa 3D per creare supporti in plastica che posizionano con precisione piccoli, fotocamere e componenti ottici leggeri disponibili in commercio. Hanno testato uno degli strumenti a bordo di un drone ottocottero dotato di un sistema di stabilizzazione elettronica a due assi. L'imager iperspettrale ha funzionato bene ed è stato in grado di rilevare caratteristiche del paesaggio come vegetazione e corpi idrici.

I ricercatori hanno anche eseguito test portatili con gli imager iperspettrali e i sistemi di stabilizzazione elettronica a tre assi. Per un esperimento, hanno fatto scorrere l'imager sullo schermo di un computer che mostrava una raccolta di frutta, acquisizione di 571 spettrogrammi in 22 secondi.

Questi test di fattibilità hanno dimostrato che la stampa 3D è sufficientemente accurata da produrre parti prototipo per sistemi ottici. Le parti in plastica stampate erano leggere e abbastanza resistenti da mantenere l'intero sistema leggero e piccolo, che è importante per l'uso con i droni. Dopo il test, le versioni in metallo delle parti stampate in 3D potrebbero essere ordinate se lo si desidera per creare imager che sarebbero più durevoli.

Migliorare la sensibilità

Sebbene i nuovi imager non forniscano la sensibilità dei tradizionali imager iperspettrali, le loro prestazioni sono sufficienti per mappare il terreno o rilevare il colore dell'oceano alla luce del giorno. I ricercatori stanno ora lavorando per migliorare la sensibilità realizzando versioni leggermente più grandi degli strumenti che sarebbero comunque piccole e abbastanza leggere da poter essere utilizzate sui droni. Migliorare la sensibilità degli imager fornirà dati di qualità superiore.

"Esistono molti modi per utilizzare i dati acquisiti dagli imager iperspettrali, " ha detto Sigernes. " Abbassando il costo di questi strumenti, speriamo che più persone possano utilizzare questa tecnica analitica e svilupparla ulteriormente."