Cientistas da Universidade de Connecticut revelaram um novo sistema de imagem, o Multiscale Aperture Synthesis Imager (MASI), que contorna as limitações da óptica tradicional baseada em lentes para obter resolução 3D submícron sem a necessidade de lentes. Inspirado nas técnicas utilizadas na radioastronomia – incluindo aquelas que permitiram a primeira imagem de um buraco negro – o MASI promete aplicações transformadoras em ciência forense, diagnóstico médico e detecção remota.
Superando uma barreira técnica de longa data
Durante décadas, a imagem óptica de alta resolução foi limitada pela física da luz. A imagem convencional de abertura sintética (SAI) requer sincronização precisa entre vários sensores, um feito facilmente alcançado em comprimentos de onda de rádio devido aos seus comprimentos de onda mais longos. No entanto, em comprimentos de onda de luz visível, onde os detalhes de interesse são medidos em micrômetros, tal sincronização torna-se quase impossível de manter fisicamente.
A MASI resolve isso transferindo a carga de sincronização do hardware para o software. Em vez de exigir que os sensores operem em perfeita sincronia física, permite que cada sensor meça a luz de forma independente. Algoritmos computacionais então unem esses dados independentes em uma imagem coerente e de altíssima resolução. O processo é análogo a vários fotógrafos capturarem uma cena e permitirem que o software combine seus dados brutos em uma reconstrução única e altamente detalhada.
Como funciona o MASI: difração, não refração
A imagem convencional depende de lentes para focar a luz. O MASI adota uma abordagem fundamentalmente diferente: ele usa uma série de sensores codificados posicionados em um plano de difração para capturar padrões de difração brutos. Esses padrões contêm informações de amplitude e fase, que são recuperadas computacionalmente. O sistema então propaga digitalmente esses campos de ondas de volta para reconstruir a imagem.
A principal inovação está na sincronização da fase computacional. Em vez de alinhar fisicamente os sensores, o MASI ajusta iterativamente os deslocamentos de fase relativos dos dados de cada sensor no software para maximizar a coerência geral. Isto elimina o limite de difração e outras restrições impostas pela óptica tradicional. O resultado é uma abertura sintética virtual que pode ser maior do que qualquer sensor único, permitindo uma resolução sem precedentes e uma ampla cobertura de campo.
Implicações e escalabilidade
Os benefícios da imagem sem lentes são significativos. As lentes tradicionais forçam os designers a fazer concessões: uma resolução mais alta requer maior proximidade do objeto, limitando a distância de trabalho e tornando certas tarefas impraticáveis. O MASI, por outro lado, pode capturar padrões de difração a centímetros de distância, reconstruindo imagens em níveis submicrométricos.
“Isso é semelhante a examinar as finas cristas de um fio de cabelo humano através de uma mesa, em vez de trazê-lo a centímetros do olho”, explica o professor Guoan Zheng, autor sênior do estudo. O sistema também é dimensionado linearmente, o que significa que o aumento da resolução não requer hardware exponencialmente mais complexo, ao contrário da óptica tradicional. Essa escalabilidade sugere potencial para arrays ainda maiores e aplicações imprevistas no futuro.
As descobertas da equipe, publicadas na Nature Communications, representam um avanço significativo na tecnologia de imagem. A capacidade de obter alta resolução sem lentes abre portas para uma ampla gama de possibilidades, desde análises forenses detalhadas até diagnósticos médicos não invasivos.
