Un team di esperti dell'Università di Barcellona e della società Sensofar Tech hanno progettato una tecnologia innovativa per ottenere immagini tridimensionali di un campione di studio in modo rapido, accurato e non invasivo. Il lavoro è stato pubblicato su Nature Communications .
Il nuovo sistema è in grado di caratterizzare la topografia tridimensionale di un oggetto con una velocità e una risoluzione spaziale che supera le prestazioni degli attuali sistemi tecnologici per l'identificazione e il riconoscimento di oggetti in tre dimensioni.
Questo sistema rappresenta un nuovo sviluppo nel campo della profilometria ottica, una tecnica comunemente applicata nel controllo qualità e nell'ispezione delle parti in vari settori aziendali, dai componenti stampati in 3D alle protesi coronariche (stent) o all'identificazione di difetti superficiali o rugosità.
La profilometria ottica è una disciplina che misura il profilo tridimensionale degli oggetti utilizzando la luce. "Si tratta di una metodologia cruciale in settori come il controllo di qualità nei processi industriali o, su scala scientifica, nella misurazione di micro e nanostrutture. Tipicamente, il profilo di un oggetto micrometrico viene misurato utilizzando un microscopio, che ottiene una raccolta di centinaia di immagini a diverse altezze e piani dell'oggetto," spiega Martí Duocastella, professore del Dipartimento di Fisica Applicata e membro dell'Istituto di Nanoscienza e Nanotecnologia dell'UB (IN2UB).
"Si tratta di un processo che prevede la scansione del campione piano per piano, un processo intrinsecamente lento. Nel nuovo studio presentiamo un'innovazione basata sulla riduzione drastica del tempo di acquisizione di questa raccolta di immagini", ha aggiunto.
Il nuovo sistema è in grado di operare su scala micrometrica su campioni relativamente grandi e in tempo reale (fino a 60 topografie al secondo).
"Gli attuali sistemi tecnologici possono raggiungere queste velocità solo su campioni molto sottili, o su campioni di grandi dimensioni, ma con una bassa risoluzione spaziale", spiega Duocastella. "È probabile che il nostro sistema possa avere un impatto più significativo grazie alla sua capacità di caratterizzare i processi dinamici. Quindi, grazie alla nostra tecnologia, il movimento rapido di un piccolo dispositivo, dotato di sensore di gas, può essere caratterizzato in 3D, qualcosa che era impossibile fino ad ora."
Per implementare la nuova tecnologia, "la nostra idea è quella di interrogare in modo intelligente il campione, in modo simile a come si fa nel gioco Who's Who. Finora, i profili vengono acquisiti chiedendo a ciascun aereo se avevamo informazioni:"Il campione è nell'aereo?" 1?,' 'È sull'aereo 2?', 'Sull'aereo n?' Ogni domanda implicava la creazione di un'immagine. Al contrario, nel nostro studio mostriamo che è possibile interrogare insieme diversi piani:"Il campione è tra il piano 1 e il piano 7?" Il risultato è che abbiamo ottenuto un'enorme riduzione del numero di immagini:se prima avevamo bisogno di un centinaio di immagini, ora ne bastano otto", spiega Duocastella.
La nuova tecnica richiede la scansione rapida del campione e la sincronizzazione della luce pulsata di diverse durate. Per la scansione rapida viene utilizzata una lente liquida ultraveloce, sviluppata dal professor Duocastella dell'Università di Princeton, che consente la scansione migliaia di volte al secondo. Per la sincronizzazione, è stato utilizzato un gate array programmabile in situ (FPGA) per generare il segnale per pulsare la luce e catturare l'immagine dalla fotocamera.
Una delle fasi più difficili è stata cercare di raggiungere velocità di acquisizione dati elevate. "In questo caso, il segnale ricevuto dal campione è più debole ed è necessaria una maggiore precisione nei segnali. Tuttavia, grazie al lavoro del dottorando Narcís Vilar, siamo stati in grado di superare questi ostacoli e implementare con successo il suo nuovo tecnologia", spiega Duocastella.
Lo studio fa parte del programma di dottorato industriale e parte del suo sviluppo si basa sul progetto del Consiglio Europeo della Ricerca (ERC) diretto da Martí Duocastella e gestito dalla Fondazione Bosch i Gimpera (FBG).
L'idea principale dello studio è stata quella di progettare un particolare tipo di profilometro ottico basato sulla proiezione di schemi luminosi.
"Stiamo attualmente lavorando alla sua implementazione in altri tipi di profilometri, inclusi microscopi a interferenza, polarizzazione o confocale. Ci auguriamo che, interrogando in modo intelligente il campione, possiamo migliorare ulteriormente i sistemi attuali per caratterizzare campioni 3D con precisione e velocità senza precedenti", conclude il squadra.
Ulteriori informazioni: Narcís Vilar et al, Imaging ottico topografico veloce utilizzando la scansione focale di ricerca codificata, Nature Communications (2024). DOI:10.1038/s41467-024-46267-y
Informazioni sul giornale: Comunicazioni sulla natura
Fornito dall'Università di Barcellona
