Un sensore fotografico sferico

Le fotocamere digitali di oggi sono dispositivi straordinari, ma anche le fotocamere più avanzate mancano della semplicità e della qualità dell'occhio umano. Ora, i ricercatori dell'Università dell'Illinois a Urbana-Champaign hanno costruito una telecamera sferica che segue la forma e la funzione di un occhio umano costruendo un circuito su una superficie curva.

Gli occhi ce l'hanno: Questa fotocamera è costituita da una serie di fotorivelatori a forma di emisfero (quadrato bianco con punti dorati) e da una singola lente in cima a un globo trasparente. La forma curva della serie di fotorivelatori offre un ampio campo visivo e immagini di alta qualità in un pacchetto compatto.

Il sensore curvo ha proprietà che si trovano negli occhi, come un ampio campo visivo, che non può essere prodotto nelle fotocamere digitali senza molta complessità, afferma John Rogers , ricercatore capo del progetto. Una delle più importanti [caratteristiche dell'occhio umano] è che la superficie del rilevatore della retina non è planare come il chip digitale di una fotocamera, dice. La conseguenza di ciò è [che] le ottiche sono adatte a formare immagini di alta qualità anche con semplici elementi di imaging, come la singola lente della cornea.

I dispositivi elettronici sono stati, per la maggior parte, costruiti su chip rigidi e piatti. Ma nell'ultimo decennio, gli ingegneri sono andati oltre i chip rigidi e hanno costruito circuiti su fogli pieghevoli. Più di recente, i ricercatori sono andati oltre la semplice elettronica pieghevole e hanno installato circuiti in silicio di alta qualità su superfici elastiche simili alla gomma. Il vantaggio di un circuito estensibile, afferma Rogers, è che può adattarsi a superfici sinuose, mentre i dispositivi pieghevoli no.

La chiave della fotocamera sferica è un array di sensori in grado di resistere a una curva di circa il 50 percento della sua forma originale senza rompersi, consentendo di rimuoverlo dal wafer rigido su cui è stato originariamente fabbricato e trasferito su una superficie simile alla gomma. Fare ciò richiede più che rendere flessibile il rilevatore, afferma Rogers. Non puoi semplicemente avvolgere una sfera con un foglio di carta. È necessaria l'elasticità per eseguire una trasformazione della geometria.

L'array, che consiste in un insieme di minuscoli quadrati di fotorivelatori al silicio collegati da sottili nastri di polimero e metallo, è inizialmente fabbricato su un wafer di silicio. Viene quindi rimosso dal wafer con un processo chimico e trasferito su un pezzo di materiale gommoso precedentemente formato a forma di emisfero. Al momento del trasferimento, l'emisfero di gomma è disteso in piano. Una volta che l'array è stato aderito con successo alla gomma, l'emisfero si rilassa nella sua forma curva naturale.

Poiché i nastri che collegano le minuscole isole di silicio sono così sottili, sono in grado di piegarsi facilmente senza rompersi, afferma Rogers. Se due dei quadrati di silicone vengono premuti più vicini, i nastri si piegano, formando un ponte. Possono sopportare la tensione senza indurre alcuno stiramento nel silicio, dice.

Per completare la fotocamera, l'array di sensori è collegato a un circuito stampato che si collega a un computer che controlla la fotocamera. L'array è ricoperto da una copertura a forma di globo dotata di una lente. In questa configurazione, l'array di sensori imita la retina di un occhio umano mentre la lente imita la cornea.

Rete estensibile: I fotorivelatori quadrati al silicio, collegati da sottili nastri di metallo e polimero, sono montati su una superficie di gomma a forma di emisfero. L'intero dispositivo è in grado di conformarsi a qualsiasi forma curvilinea grazie alla flessibilità dei nastri che collegano le isole di silicio.

Questa tecnologia annuncia l'avvento di una nuova classe di dispositivi di imaging con campi visivi grandangolari, bassa distorsione e dimensioni compatte, afferma Takao Someya , professore di ingegneria presso l'Università di Tokyo, che non è stato coinvolto nella ricerca. Credo che questo lavoro sia una vera svolta nel campo dell'elettronica estensibile.

Rogers non è il primo ad utilizzare il concetto di rete elettronica estensibile, ma questo lavoro si distingue per il fatto che non è vincolato allo stiramento in direzioni limitate, come altre reti elettroniche estensibili. E, soprattutto, la sua è la prima rete estensibile ad essere implementata in una fotocamera per l'occhio artificiale.

La risoluzione della fotocamera è di 256 pixel. Al momento, è difficile migliorare la risoluzione a causa dei limiti delle strutture di fabbricazione dell'Università dell'Illinois, afferma Rogers. A un certo livello, è un po' frustrante perché hai questo occhio elettronico pulito e tutto è pixelato, dice. Ma la sua squadra ha aggirato il problema prendendo un altro spunto dalla biologia. L'occhio umano oscilla da un lato all'altro, catturando costantemente frammenti di immagini; il cervello mette insieme i frammenti per formare un'immagine completa. Allo stesso modo, il team di Rogers esegue un programma per computer che rende le immagini più nitide interpolando più immagini prese da diverse angolazioni.

L'applicazione più immediata per queste telecamere a bulbo oculare, afferma Rogers, è molto probabilmente con i militari. Il design semplice e compatto potrebbe essere utilizzato nella tecnologia di imaging sul campo, suggerisce. E mentre il concetto di occhio elettronico evoca immagini di impianti oculari, Rogers afferma che in questo momento non sta collaborando con altri ricercatori per rendere questi dispositivi biocompatibili. Tuttavia, non esclude la possibilità in futuro.

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