Usando il tipo di fisica che deforma la luce che rende possibili i "mantelli dell'invisibilità", gli scienziati hanno sviluppato una fotocamera piccola e leggera in grado di scattare foto di una qualità pari o migliore rispetto alle fotocamere digitali commerciali di volume oltre 100 volte superiore, per un potenziale utilizzo in smartphone e altri dispositivi portatili, rileva un nuovo studio.

Le fotocamere moderne in genere hanno più obiettivi che le aiutano a catturare immagini di alta qualità ma rendono anche le fotocamere grandi e pesanti. Questa massa impedisce alle fotocamere di fascia alta di essere facilmente integrate in dispositivi mobili come smartphone, droni e apparecchiature video. Pertanto, la miniaturizzazione delle fotocamere, pur mantenendo un'elevata qualità dell'immagine, è diventata una delle principali forze trainanti nella ricerca sull'ottica e sulla fotonica.

Per miniaturizzare le telecamere, gli scienziati stanno esplorando sempre più l'ottica piatta fatta di metastrutture, materiali le cui strutture contengono schemi ripetuti su scale più piccole delle lunghezze d'onda caratteristiche di qualsiasi cosa le strutture siano progettate per manipolare. Le metastrutture ottiche, che sono fatte per manipolare la radiazione elettromagnetica, possono piegare la luce in modi inaspettati, risultando in mantelli dell'invisibilità su scala nanometrica e altri dispositivi.

Un'altra strategia per aiutare a miniaturizzare le fotocamere è l'imaging computazionale, che utilizza il software per correggere eventuali carenze dei componenti ottici. Precedenti ricerche suggerivano che la combinazione di ottiche realizzate con metamateriali (noto anche come meta-ottica) potenziate dall'imaging computazionale potrebbe potenzialmente portare a immagini di alta qualità utilizzando ottiche spesse solo pochi micrometri.

La meta-ottica ibrida risultante consisteva in una lente rifrattiva standard di 4,5 millimetri di spessore ricoperta da una pellicola meta-ottica di quarzo di 500 µm di spessore rivestita da colonne quadrate di nitruro di silicio alte 700 nanometri. Negli esperimenti, gli scienziati hanno utilizzato la meta-ottica ibrida e le tecniche di imaging computazionale per catturare foto di immagini da 0,5 a 1,8 metri di distanza.

Il nuovo dispositivo a obiettivo singolo ha scattato immagini a colori la cui qualità era buona o migliore di quelle catturate da una fotocamera mirrorless Sony Alpha 1 III commerciale con un obiettivo composto Sony SEL85F18 , affermano i ricercatori.

Ci sono tre potenziali vantaggi della meta-ottica nell'imaging computazionale: possono ottenere un'importante riduzione di dimensioni e peso (spessore in micrometri); le prestazioni oltre i sistemi convenzionali sono ottenibili in modalità di imaging estese, come l'imaging iperspettrale, la profondità di campo estesa e il riconoscimento facciale; la manipolazione della risoluzione della lunghezza d'onda quasi arbitraria dei campi d'onda è possibile a causa degli immensi progressi nella nanofabbricazione negli ultimi decenni.

Secondo i ricercatori, l'applicazione di maggior impatto al momento sia la progettazione di una nuova generazione di fotocamere personalizzate per smartphone, ma sono anche interessati alle applicazioni biomediche. La ricerca futura può anche esplorare applicazioni meta-ottiche come l'imaging iperspettrale e la classificazione delle immagini, afferma uno dei ricercatori.