Camera nhỏ bằng hạt muối chụp ảnh màu siêu nét

Dù có kích thước siêu nhỏ, mẫu camera mới có thể chụp ảnh màu ở chất lượng tương đương những thấu kính thông thường lớn gấp 500.000 lần.

Thiết bị quang học siêu nhỏ gọn mới được phát triển bởi nhóm nghiên cứu đến từ Đại học Princeton và Đại học Washington. Thiết bị khắc phục được vấn đề của những thiết kế camera cỡ vi mô trước đây, thường cho ảnh méo và mờ với tầm nhìn rất hạn chế. Camera mới có thể cho phép robot siêu nhỏ cảm biến môi trường xung quanh, thậm chí giúp bác sĩ xem xét vấn đề bên trong cơ thể người.

Camera siêu nhỏ đặt trên đầu ngón tay. (Ảnh: Đại học Princeton)

Camera cỡ lớn thông thường sử dụng hàng loạt thấu kính thủy tinh hoặc nhựa giúp bẻ cong tia sáng chiếu vào tiêu điểm ở tấm phim hoặc cảm biến kỹ thuật số. Ngược lại, camera tí hon do nhà khoa học vi tính Ethan Tseng và cộng sự phát triển dựa vào một bề mặt siêu mỏng đặc biệt với 1,6 triệu cột trụ, mỗi cột lớn cỡ một virus HIV, có thể điều chỉnh đường hướng của ánh sáng.

Mỗi cột trên bề mặt rộng 0,5 mm có hình dáng độc nhất cho phép nó hoạt động như một ăngten. Thuật toán học máy sau đó giải mã tương tác của mỗi cột với ánh sáng, biến đổi thành hình ảnh. Những bức ảnh chụp từ thiết bị siêu nhỏ này cung cấp hình ảnh chất lượng cao nhất với tầm nhìn rộng nhất so với bất kỳ camera ảnh màu siêu mỏng nào từng được phát triển từ trước tới nay.

Thiết kế trước đây có xu hướng bị méo ảnh, tầm quan sát hạn chế và gặp vấn đề trong việc chụp toàn bộ quang phổ của ánh sáng khả kiến do dựa vào sự kết hợp của các màu cơ bản như đỏ, xanh lá cây và xanh dương để tạo ra những màu khác.

Ngoài bị mờ đôi chút gần mép khung hình, ảnh chụp bằng camera tí hon mới có thể sánh ngang với camera cỡ lớn thông thường trang bị 6 thấu kính khúc xạ. Camera cũng có thể hoạt động tốt trong ánh sáng tự nhiên thay vì phải dùng đèn laser hoặc yêu cầu điều kiện lý tưởng như những camera siêu mỏng trước đây nhằm tạo ra ảnh chất lượng cao.

Để vượt qua khó khăn do có hàng triệu cấu trúc vi mô nhỏ trên bề mặt siêu mỏng, chuyên gia quang học Shane Colburn ở Đại học Washington tạo ra mô hình kỹ thuật số mô phỏng thiết kế camera kèm theo ảnh chụp thu được, cho phép họ đánh giá và tinh lọc cấu hình. Theo Colburn, số lượng ăngten khổng lồ trên mỗi bề mặt và độ phức tạp của tương tác giữa chúng và ánh sáng có nghĩa mỗi mô phỏng sử dụng lượng lớn bộ nhớ và thời gian.

Hiện nay, nhóm nghiên cứu đang làm việc để tăng thêm khả năng tính toán cho camera, giúp nâng cấp chất lượng hình ảnh và phát hiện đồ vật. Họ công bố nghiên cứu trên tạp chí Nature Communications hôm 29/11.