Fotocamera innovativa ci fa vedere il mondo nascosto della luce polarizzata
Grazie a un gruppo di ricercatori dell'Università di Harvard è stata realizzata la prima fotocamera compatta capace di mostrare all'occhio umano la luce polarizzata. Misura solo 2 centimetri e potrebbe rivoluzionare le scienze atmosferiche, il telerilevamento, il riconoscimento facciale e molto altro.
Un gruppo di ricercatori della John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences dell’Università di Harvard – primo firmatario il fisico italiano Federico Capasso – ha realizzato una fotocamera in miniatura, senza parti mobili, capace di catturare la luce polarizzata, invisibile all’occhio umano. È una scoperta con grande potenziale perché si potrebbe applicare nell’ambito dei satelliti che studiano l’atmosfera, delle auto a guida autonoma e addirittura per rilevare oggetti camuffati.
Le fotocamere capaci di catturare la luce polarizzata e mostrarla all’occhio umano esistono, ma sono molto ingombranti, costose e hanno parti meccaniche in movimento. Quella sviluppata ad Harvard è grande circa 2 centimetri ed è costruita sfruttando le cosiddette metasuperfici. Si tratta di strutture su scala nanometrica che interagiscono con la luce cancellando per interferenza le onde che si diffondono nelle direzioni indesiderate. Per intenderci, è uno dei materiali presi in considerazione nel tentativo di realizzare il leggendario mantello dell’invisibilità.
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Per capire di cosa stiamo parlando, è bene sapere che “la polarizzazione è una caratteristica della luce, che cambia nel momento in cui quest’ultima viene riflessa da una superficie. Basandoci su quel cambiamento, la polarizzazione può aiutarci a ricostruire tridimensionalmente un oggetto, stimarne profondità, finitura e forma, e distinguere i manufatti umani dagli oggetti naturali, anche quando hanno lo stesso colore e la stessa forma”, ha spiegato Paul Chevalier, borsista post-dottorato presso il SEAS e co-autore dello studio.
Gli esseri umani non possono vedere la polarizzazione, ma è utile poterlo fare perché rivela moltissime informazioni sugli oggetti con cui interagisce. Ad esempio, in fase di produzione le telecamere per la luce polarizzata servono per individuare stress dei materiali, graffi o ammaccature sulle superfici.
Il fatto di avere realizzato una fotocamera in miniatura capace di farci vedere la luce polarizzata può rivoluzionare il settore dell’imaging. Il primo autore dello studio è l’italiano Federico Capasso, docente di fisica applicata ad Harvard, spiega che “la maggior parte delle fotocamere può rilevare solo l’intensità e il colore della luce, ma non la polarizzazione. Questa fotocamera […] ci consente di rivelare il modo in cui la luce viene riflessa e trasmessa dal mondo attorno a noi”.
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Grazie alle metasuperfici è stato possibile ”misurare precisamente la polarizzazione della luce, catturando diverse immagini lungo direzioni di polarizzazione differenti”, mediante dispositivi compatti e completamente elettronici. In pratica, i ricercatori hanno progettato un dispositivo che, tramite le metasuperfici, indirizza la luce a seconda della polarizzazione, ottenendo quattro immagini che mostrano ciascuna un aspetto diverso della polarizzazione. Una volta unite, forniscono un’informazione completa sulla polarizzazione a livello di pixel.
Capasso conclude che “questa ricerca apre a nuove ed esaltanti opportunità per la tecnologia delle fotocamere, con una compattezza mai raggiunta, e consentendo l’applicazione nelle scienze atmosferiche, nel telerilevamento, nel riconoscimento facciale, nella visione artificiale e molto altro ancora”. Ecco perché lo studio si è guadagnato una pubblicazione sulla rivista scientifica Science.