Ta kamera ma jeden piksel. Widzi więcej niż ludzkie oko
Japońscy naukowcy z Uniwersytetu w Kobe opracowali przełomową technologię – kamerę zdolną do rejestrowania holograficznych obrazów 3D za pomocą pojedynczego piksela. To osiągnięcie może zrewolucjonizować obrazowanie w biologii i medycynie.
Tradycyjne techniki holograficzne mają swoje ograniczenia – pierwsza wymaga widzialnego światła i niezakłóconego widoku, druga zaś działa z 1 pikselem, ale tylko w przypadku nieruchomych obiektów. Zespół pod kierownictwem dr. Naru Yonedy połączył zalety obu metod, tworząc system zdolny do rejestrowania ruchomych obiektów w 3D, nawet przez rozpraszające światło materiały, takie jak tkanki biologiczne.
Technologia na miarę przyszłości
Jak czytamy na stronie Uniwersytetu w Kobe, stworzenie takiego systemu było możliwe dzięki zastosowaniu cyfrowego urządzenia mikrolusterkowego, które projektuje wzorce świetlne na dany obiekt z częstotliwością 22 kHz. Jest to ponad 300 razy szybciej niż w przypadku tradycyjnych rozwiązań. Taka metoda pozwala na rejestrowanie dynamicznych procesów w czasie rzeczywistym.
Obecnie system osiąga prędkość rejestrowania na poziomie nieco ponad 1 kl./s, ale teoretycznie możliwe jest zwiększenie tej wartości do 30 kl./s dzięki rzadkiemu próbkowaniu. Jest to technika pozyskiwania danych, w której nie rejestruje się każdej możliwej próbki, lecz wybiera się tylko niewielką, starannie dobraną część poszczególnych danych. Pozwala ona zredukować ilość potrzebnych do analizy danych i zmniejszyć zapotrzebowanie na moc obliczeniową. Zespół pracuje również nad poprawą jakości obrazu poprzez optymalizację wzorców projekcji i zastosowanie algorytmów głębokiego uczenia.
Sensor zobaczy więcej, niż ludzkie oko
Nowy sensor opracowany przez naukowców z Uniwersytetu w Kobe potrafi rejestrować znacznie więcej, niż ludzkie oko. Urządzenie nie ogranicza się wyłącznie do światła widzialnego – działa także w szerszym spektrum, co pozwala mu widzieć przez półprzezroczyste materiały, takie jak tkanki biologiczne. Dzięki technologii OSH sensor przechwytuje obraz tam, gdzie klasyczne kamery i nasze oczy zawodzą – nawet przez czaszkę. W połączeniu z dynamicznymi wzorcami świetlnymi i holograficzną rekonstrukcją 3D kamera potrafi tworzyć wizualizacje 3D poruszających się obiektów. Jej percepcja głębi i zdolność obrazowania struktur w ruchu przekraczają fizjologiczne możliwości człowieka.
System może zostać zastosowany w medycynie i w biologii
System może zostać zastosowany w medycynie i biologii nie tylko jako narzędzie diagnostyczne, lecz przede wszystkim jako innowacyjna platforma do nieinwazyjnej obserwacji procesów zachodzących wewnątrz organizmu. Dzięki możliwości rejestrowania obrazów 3D przez półprzezroczyste struktury – takie jak skóra czy cienkie tkanki – sensor może posłużyć do monitorowania przepływu krwi, aktywności neuronów czy wzrostu guzów bez konieczności chirurgicznej ingerencji.
Przeczytaj także:
W biologii eksperymentalnej pozwoli natomiast na badanie żywych organizmów w czasie rzeczywistym, bez ich uszkadzania. Otwiera to nowe możliwości dla neurologii, kardiologii i dla biologii molekularnej. W połączeniu z algorytmami uczenia maszynowego urządzenie może stanowić podstawę nowej generacji mikroskopów optycznych, które nie tylko obserwują, lecz także interpretują zmiany biologiczne.
*Źródło zdjęcia głównego: Rulo Jmp/shutterstock.com
