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El ojo electrónico recibe la luz

Una cámara que imita la retina curvada de los animales puede alumbrar una revolución en la biónica y la fotografía digital

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Aunque sean elementos habituales en cualquier película de ciencia-ficción, los ojos electrónicos como los de Terminator aún existen sólo en la fantasía de los guionistas. Una diferencia fundamental de diseño persiste entre los sistemas de captación de imagen disponibles hoy y los ojos de los animales: éstos son curvados, mientras que todos los fotosensores del mercado son planos. Para que los ojos de Terminator funcionasen con la precisión que requiere el personaje, deberían llevar delante un sistema de lentes que convertiría a Terminator en Mr. Magoo.

Durante los últimos 20 años, diversos grupos de investigadores han lanzado varias propuestas de ojos electrónicos, pero todas fallaban al intentar trasladar las formas curvadas de la naturaleza al laboratorio. Los fotosensores artificiales son rejillas de píxeles de silicio, un material rígido que se rompe con una deformación de sólo el 1%.

La rigidez se ha roto hoy en las páginas de Nature, donde un equipo de ingenieros de las universidades estadounidenses de Illinois y Northwestern describe la primera cámara digital que reproduce el diseño del ojo, un paso que los autores celebran como “el nuevo paso hacia la retina artificial”.

La clave del hallazgo se resume en una palabra: flexibilidad. La innovación aportada por el equipo que dirigen Yonggang Huang y John Rogers se basa en la arquitectura del sensor, una red de píxeles conectados por microcables que forman una malla flexible y adaptable a cualquier superficie.

Para demostrar la potencia de su idea, los ingenieros han creado una cámara esférica de dos centímetros de diámetro cuyo diseño se inspira en el ojo humano. El proceso de fabricación emplea una membrana elástica cóncava que se aplana para adherirse a la trama de píxeles interconectados. Cuando la membrana recupera su forma, la malla se curva con ella. Finalmente, el sensor se transfiere a un sustrato definitivo de vidrio.

El secreto consiste en que toda la tensión es absorbida por los cables, mientras que los píxeles no sufren deformación. Los autores comparan el efecto al de los edificios, cuyos planos descansan sobre la superficie curva de la Tierra sin que su estructura sufra tensiones, ya que el área que ocupan es muy reducida. Durante los experimentos, comprobaron que los píxeles experimentaban una deformación del 0,002%, muy por debajo del límite de tolerancia del 1%.

Revolución biónica

Como primera aplicación, los autores piensan en el ojo artificial, aventurando incluso la posibilidad de incorporar sustratos deformables que ayuden a enfocar la imagen, como ocurre en la naturaleza. Pero también es inmediata la referencia a la fotografía digital. Las cámaras cuentan con un complejo sistema de lentes para corregir las aberraciones, a costa de añadir peso a la carcasa y robar una importante cuota de luz al sensor.

Según Huang y Rogers, su tecnología permitirá construir cámaras ligeras y compactas con una sola lente como cristalino. Las imágenes de prueba muestran, dice Rogers, “un campo de visión más amplio, iluminación más uniforme y menos aberraciones que las cámaras planas con lentes similares”.

Aunque el modelo experimental sólo tiene 256 píxeles, el escalado hasta los más 10 millones de sensores de las cámaras actuales será fácil, aseguran los autores, ya que se basará en materiales y procedimientos de fabricación ya establecidos.

Más allá de la fotografía digital y del ojo artificial, hay todo un mundo por explorar. Rogers apunta: “Creemos que algunas de las áreas más interesantes para aplicaciones futuras incluyen la integración conformacional de la electrónica con el cuerpo humano”; en otras palabras, la biónica. La tecnología desarrollada por estos científicos es aplicable a sensores químicos, eléctricos o de cualquier otro tipo. Rogers cita un ejemplo en el que ya están trabajando, un monitor para rastrear cómo viajan las señales eléctricas sobre la superficie ondulada del cerebro.

En su comentario en Nature, el experto en electrónica Takao Someya, de la Universidad de Tokio, sugiere otros usos: sensores bioquímicos para detectar componentes en sangre, ojos convexos como los de los insectos con visión de 360 grados, superficies inteligentes que interactúen con las personas o con el entorno, pieles robóticas con sensibilidad al tacto... Una vez rota la barrera tridimensional, la gama de aplicaciones puede adquirir una profundidad insospechada.

 

La imagen microscópica de la tecnología desarrollada por Rogers y Huang muestra una red formada por diminutos fotosensores de silicio, conectados por microcables metálicos de cromo y oro y envueltos en una matriz de plástico. En estos cables, que los investigadores llaman ‘puentes pop-up’, reside el secreto. La forma de los puentes y su composición les confieren la flexibilidad necesaria para que la retina artificial pueda adaptarse a casi cualquier superficie sin que los sensores de silicio se deformen.