IA ajuda a desenvolver lentes fotográficas minúsculas

As câmeras tradicionais são compostas por duas partes fundamentais, a lente e o sensor. A lente é responsável por agregar a luz que chega, projetando-a sobre o sensor, onde a imagem é capturada. Nas últimas décadas, os sensores passaram por um processo de miniaturização que permite hoje seu uso indiscriminado em qualquer smartphone, por exemplo. Mas as lentes ainda são fabricadas com a mesma tecnologia desde sua invenção há cerca de 2 séculos. Sua capacidade é dada por sua curvatura, e o máximo que foi possível fazer para reduzir seu tamanho foi empilhar várias lentes, mas isso tem suas óbvias limitações.

Mas uma nova geração de lentes pode estar despontando nos próximos anos. Pesquisadores da Universidade de Princeton, nos Estados Unidos, trabalharam com um material superfino chamado de meta-superfície, que foi criado há poucos anos e não tem contraparte na natureza. As pequenas estruturas que formam as meta-superfícies interagem com a luz de formas inéditas, o que depende de seu formato, sua densidade, e o padrão de montagem. Uma construção adequada faz com que esse material aja como microlentes com menos de 1 milímetro cúbico. Mas encontrar este design ideal é um trabalho árduo, já que o número de combinações possíveis é enorme.

Em um trabalho publicado em novembro, os cientistas de Princeton descrevem que utilizaram inteligência artificial em dois momentos no desenvolvimento de uma lente microscópica a base de meta-superfícies. Na primeira fase, um algoritmo foi construído para encontrar os melhores parâmetros de design da lente. Para isso, um programa simulava a geração de uma imagem dada uma estrutura de construção da lente, e comparava com o resultado esperado. Através de um processo de aprendizado, o algoritmo encontrou o design que produzia o melhor resultado possível. Na segunda, a inteligência artificial foi utilizada para resolver um problema intrínseco dessas microlentes, a geração de um halo de luz nas bordas dos objetos. Um segundo algoritmo foi responsável por fazer a melhoria dos resultados. No final, uma lente de apenas meio milímetro cúbico foi capaz de produzir resultados similares àqueles de uma câmera tradicional, de volume 550 mil vezes maior.

O amadurecimento desta tecnologia deve um dia permitir que as meta-superfícies venham a compor microcâmeras que, além de equipar dispositivos móveis com um design praticamente imperceptível, podem ser utilizadas com finalidades inéditas como monitorar vasos sanguíneos ou ambientes minúsculos que a tecnologia atual não permite.

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