I ricercatori AMOLF e i loro collaboratori dell'Advanced Science Research Center (ASRC/CUNY) di New York hanno creato una superficie nanostrutturata in grado di eseguire operazioni matematiche al volo su un'immagine di input. Questa scoperta potrebbe aumentare la velocità delle tecniche di elaborazione delle immagini esistenti e ridurre il consumo di energia. Il lavoro consente il rilevamento di oggetti ultraveloce e applicazioni di realtà aumentata. I ricercatori pubblicano oggi i loro risultati sulla rivista Nano lettere .

L'elaborazione delle immagini è al centro di diverse tecnologie in rapida crescita, come la realtà aumentata, guida autonoma e riconoscimento di oggetti più generale. Ma come fa un computer a trovare e riconoscere un oggetto? Il primo passo è capire dove sono i suoi confini, quindi il rilevamento dei bordi in un'immagine diventa il punto di partenza per il riconoscimento dell'immagine. Il rilevamento dei bordi viene in genere eseguito digitalmente utilizzando circuiti elettronici integrati che implicano limitazioni di velocità fondamentali e un elevato consumo di energia, o in modo analogico che richiede ottiche ingombranti.

Metasuperficie nanostrutturata

In un approccio completamente nuovo, AMOLF Ph.D. lo studente Andrea Cordaro e i suoi collaboratori hanno creato una speciale "metasuperficie, " un substrato trasparente con una matrice appositamente progettata di nanobarre di silicio. Quando un'immagine viene proiettata sulla metasuperficie, la luce trasmessa forma una nuova immagine che mostra i bordi dell'originale. Effettivamente, la metasuperficie esegue un'operazione matematica derivata sull'immagine, che fornisce una sonda diretta dei bordi nell'immagine. In un primo esperimento, un'immagine del logo AMOLF è stata proiettata sulla metasuperficie. Ad una lunghezza d'onda appositamente progettata (726 nm), si osserva un'immagine nitida dei bordi. La trasformazione matematica risulta dal fatto che ogni frequenza spaziale che compone l'immagine ha un coefficiente di trasmissione su misura attraverso la metasuperficie. Questa trasmissione su misura è il risultato di una complessa interferenza della luce mentre si propaga attraverso la metasuperficie.

Rilevamento bordi

Per dimostrare sperimentalmente il rilevamento dei bordi su un'immagine, i ricercatori hanno creato una versione in miniatura del dipinto Meisje met de parel (Ragazza con l'orecchino di perla, J. Vermeer) stampando minuscoli punti cromati su un supporto trasparente. Se l'immagine viene proiettata sulla metasuperficie utilizzando un'illuminazione off-resonant (λ=750 nm), l'immagine originale viene chiaramente riconosciuta. In contrasto, se l'illuminazione ha il colore giusto (λ=726 nm) i bordi sono chiaramente risolti nell'immagine trasformata.

Questa nuova tecnica di calcolo e imaging ottico opera alla velocità della luce e l'operazione matematica stessa non consuma energia poiché coinvolge solo componenti ottici passivi. La metasuperficie può essere facilmente implementata posizionandola direttamente su un chip rivelatore CCD o CMOS standard, aprendo nuove opportunità nell'informatica ibrida ottica ed elettronica che opera a basso costo, bassa potenza, e piccole dimensioni.