Quando il primo lungometraggio realizzato con l'avanzato, processo a tre colori di Technicolor ha debuttato nel 1935, Il New York Times ha dichiarato "ha prodotto nello spettatore tutta l'eccitazione di stare su una vetta ... e intravedere uno strano, nuovo mondo bello e inaspettato."

Technicolor ha cambiato per sempre il modo in cui le fotocamere, e le persone, vedevano e sperimentavano il mondo che li circondava. Oggi, c'è un nuovo precipizio, questo, offrendo visioni di un mondo polarizzato.

Polarizzazione, la direzione in cui vibra la luce, è invisibile all'occhio umano (ma visibile ad alcune specie di gamberi e insetti). Ma fornisce una grande quantità di informazioni sugli oggetti con cui interagisce. Le fotocamere che vedono la luce polarizzata sono attualmente utilizzate per rilevare lo stress del materiale, migliorare il contrasto per il rilevamento degli oggetti, e analizzare la qualità della superficie per ammaccature o graffi.

Però, come le prime fotocamere a colori, le fotocamere sensibili alla polarizzazione della generazione attuale sono ingombranti. Inoltre, fanno spesso affidamento su parti in movimento e sono costosi, limitando fortemente l'ambito della loro potenziale applicazione.

Ora, ricercatori della Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) hanno sviluppato un fotocamera portatile in grado di polarizzare l'immagine in un unico scatto. La telecamera in miniatura, delle dimensioni di un pollice, potrebbe trovare posto nei sistemi di visione dei veicoli autonomi, a bordo di aerei o satelliti per studiare la chimica atmosferica, o essere utilizzato per rilevare oggetti mimetizzati.

La ricerca è pubblicata su Scienza .

"Questa ricerca sta cambiando le regole del gioco per l'imaging, " disse Federico Capasso, il Robert L. Wallace Professor of Applied Physics e Vinton Hayes Senior Research Fellow in Electrical Engineering presso SEAS e autore senior del documento. "La maggior parte delle fotocamere in genere è in grado di rilevare solo l'intensità e il colore della luce ma non può vedere la polarizzazione. Questa fotocamera è un nuovo occhio sulla realtà, permettendoci di rivelare come la luce viene riflessa e trasmessa dal mondo che ci circonda."

"La polarizzazione è una caratteristica della luce che cambia riflettendosi su una superficie, " disse Paul Chevalier, un borsista post-dottorato presso SEAS e coautore dello studio. "Sulla base di quel cambiamento, la polarizzazione può aiutarci nella ricostruzione 3D di un oggetto, stimarne la profondità, consistenza e forma, e per distinguere gli oggetti artificiali da quelli naturali, anche se sono della stessa forma e colore."

Per sbloccare quel potente mondo di polarizzazione, Capasso e il suo team hanno sfruttato il potenziale delle metasuperfici, strutture su nanoscala che interagiscono con la luce su scale di lunghezza d'onda.

"Se vogliamo misurare lo stato di piena polarizzazione della luce, dobbiamo scattare diverse foto lungo diverse direzioni di polarizzazione, " disse Noè Rubin, primo autore del paper e dottorando al Capasso Lab. "I dispositivi precedenti utilizzavano parti in movimento o inviavano luce lungo più percorsi per acquisire le immagini multiple, con conseguente ingombrante ottica. Una strategia più recente utilizza pixel della fotocamera appositamente modellati, ma questo approccio non misura lo stato di piena polarizzazione e richiede un sensore di immagine non standard. In questo lavoro, siamo riusciti a prendere tutte le ottiche necessarie e ad integrarle in un unico, dispositivo semplice con una metasuperficie."

Utilizzando una nuova comprensione di come la luce polarizzata interagisce con gli oggetti, i ricercatori hanno progettato una metasuperficie che utilizza una serie di nanopilastri distanziati di lunghezze d'onda inferiori per dirigere la luce in base alla sua polarizzazione. La luce poi forma quattro immagini, ognuno mostra un diverso aspetto della polarizzazione. Presi insieme, questi danno un'istantanea completa della polarizzazione ad ogni pixel.

Il dispositivo è lungo circa due centimetri e non è più complicato di una fotocamera su uno smartphone. Con obiettivo montato e custodia protettiva, il dispositivo ha le dimensioni di una piccola scatola per il pranzo. I ricercatori hanno testato la fotocamera per mostrare i difetti negli oggetti di plastica stampati a iniezione, l'ho portato fuori per filmare la polarizzazione dei parabrezza delle auto e ha persino scattato selfie per dimostrare come una telecamera di polarizzazione può visualizzare i contorni 3D di un viso.

"Questa tecnologia potrebbe essere integrata nei sistemi di imaging esistenti, come quello nel tuo cellulare o in macchina, consentendo l'adozione diffusa dell'imaging di polarizzazione e nuove applicazioni precedentemente impreviste, " disse Rubino.

"Questa ricerca apre una nuova entusiasmante direzione per la tecnologia delle fotocamere con una compattezza senza precedenti, permettendoci di immaginare applicazioni nella scienza dell'atmosfera, telerilevamento, riconoscimento facciale, visione artificiale e altro ancora, " disse Capasso.