Anche se la figura in rosso giace nascosta, fuori dalla linea di vista diretta della figura in verde, la radiazione emessa naturalmente dalla figura nascosta a lunghezze d'onda submillimetriche tradisce la sua presenza. A queste lunghe lunghezze d'onda, molti tipi di pareti agiscono come specchi parziali, riflettendo la luce nella vista della figura verde. Credito:NIST
Un nuovo modo di visualizzare oggetti nascosti, ideato da un ricercatore del National Institute of Standards and Technology (NIST) e dai suoi colleghi, potrebbe togliere tutto il divertimento dal nascondino, ma potrebbe anche aiutare a salvare vite umane.
L'imaging di scene che si trovano al di fuori della linea di vista diretta di un osservatore potrebbe migliorare notevolmente le missioni di ricerca e salvataggio, come il ritrovamento di un bambino smarrito in una fabbrica abbandonata, nonché le operazioni di sorveglianza militare e di polizia, come l'esposizione di un terrorista nascosto o di una roccaforte nemica. La capacità di vedere dietro gli angoli e ricostruire un'immagine completa di un oggetto nascosto o di un ostacolo in tempo reale potrebbe anche migliorare un giorno la visione robotica e la sicurezza e la precisione delle auto a guida autonoma. (Al momento, il metodo prototipo non può creare un'immagine istantaneamente.)
La maggior parte dei metodi convenzionali utilizzati per visualizzare gli oggetti dietro un'ostruzione utilizzano una fonte di luce esterna, ad esempio impulsi ultracorti di luce laser visibile o infrarossa. La sorgente luminosa illumina inizialmente una parete che disperde la luce nella regione nascosta. Quando la luce colpisce un oggetto nascosto, l'oggetto ridisperde parte della luce sul muro dove può essere rilevata.
Tuttavia, l'imaging di oggetti nascosti utilizzando solo luce visibile e infrarossa è impegnativo. A quelle lunghezze d'onda relativamente brevi, un muro tipico, non importa quanto liscio al tatto umano, si presenta come una superficie ruvida e disperde la luce in arrivo in tutte le direzioni. Rivela quindi meno informazioni sugli oggetti rispetto alla luce riflessa da una superficie liscia o specchiata e richiede algoritmi sofisticati e tempi di calcolo significativi per creare anche un'immagine semi-nitida. Inoltre, l'illuminazione potrebbe avvertire gli avversari che sono sotto sorveglianza.
Altri metodi, che non richiedono una sorgente luminosa, analizzano le ombre proiettate da un oggetto nascosto su una parete o rilevano il calore (radiazione infrarossa) emesso naturalmente dal corpo nascosto e diffuso in modo diffuso alla vista. Ma questi approcci richiedono anche lunghi tempi di elaborazione e analisi. "Un buon algoritmo e molta potenza del computer potrebbero estrarre un'immagine, ma non molto buona", ha affermato il fisico del NIST Erich Grossman.
Grossman e i suoi colleghi hanno basato il loro nuovo approccio sul rilevamento delle minuscole quantità di radiazione di lunghezza d'onda molto più lunga, la gamma "submillimetrica" dello spettro della luce che si trova appena oltre la radiazione a microonde e che anche persone e oggetti emettono naturalmente. A queste lunghezze d'onda lunghe e invisibili, che vanno da 300 micrometri fino a 1 millimetro, le pareti realizzate con una varietà di materiali appaiono relativamente lisce e agiscono come specchi parziali, riflettendo piuttosto che disperdere in modo diffuso la radiazione visibile da un oggetto nascosto.
La configurazione per l'esperimento a casa di Erich Grossman, dove l'oggetto nascosto (lo stesso Grossman) si trovava proprio dietro un muro che occludeva o nascondeva, fuori dalla vista diretta dei rivelatori. "Muro in prova" connota i vari tipi di pareti, tra cui piastrelle di ceramica e compensato, che il team ha esaminato per determinare quale riflettesse meglio la radiazione submillimetrica. Credito:E. Grossman/NIST
Per creare un'immagine, la radiazione riflessa deve essere diretta e focalizzata. A differenza della luce visibile, la radiazione submillimetrica non può essere guidata da lenti di vetro. Invece, Grossman e i suoi colleghi si sono affidati a specchi curvi per focalizzare la luce invisibile.
Sperimentando con il loro prototipo, Grossman ei suoi collaboratori presso l'Università del Minnesota Twin Cities a Minneapolis hanno dimostrato di poter costruire immagini di oggetti nascosti dietro i muri in circa 20 minuti.
La tecnica del prototipo impiega transistor al fosfuro di indio all'avanguardia, che amplificano la radiazione submillimetrica con poco rumore su un'ampia gamma di lunghezze d'onda. Il metodo non richiede algoritmi complessi o analisi computerizzate intensive. "La cosa interessante di questo metodo è la sua semplicità", ha detto Grossman. "Non c'è meccanica quantistica, né relatività, non c'è niente di criogenico o niente di stravagante, solo transistor e un computer di base e specchi", ha aggiunto. L'intero apparato è abbastanza piccolo da stare in uno zaino.
Con le strutture del NIST chiuse durante il picco della pandemia di COVID-19, Grossman ha usato la propria casa, convertendo la camera da letto di sua figlia, che era partita per il college, in un laboratorio improvvisato. Lo stesso Grossman era il corpo nascosto dietro un muro.
Ha testato pareti composte da una gamma di comuni materiali da costruzione per interni per determinare quali riflettessero una radiazione submillimetrica sufficiente a formare un'immagine, inclusi pannelli di cartongesso bagnato e asciutto, compensato, pannelli di legno, blocchi di calcestruzzo non verniciati e piastrelle da cucina in pietra. Le pareti che riflettevano almeno il 5% della radiazione submillimetrica erano le migliori per produrre immagini di corpi nascosti. Questi includevano cartongesso, pannelli in legno, tavolato in vinile, compensato, piastrelle da cucina in pietra e pannelli di fibra a media densità.
Con una gamma più ampia di rivelatori e transistor, Grossman ha affermato che il metodo dovrebbe essere in grado di visualizzare oggetti nascosti in tempo reale. + Esplora ulteriormente
