Winzige Nano-Kamera schießt beeindruckende Fotos
Eine Herausforderung beim Entwickeln neuer Technik ist es, alles kleiner zu machen ohne dabei einen Qualitätsverlust in Kauf zu nehmen. Bei winzigen Kameras, die zum Beispiel in Mini-Robotern eingesetzt werden können, will man natürlich hochwertige Farbfotos mit guter Auflösung haben. Bisher konnte man damit aber nur verschwommene Bilder machen.
Forscher*innen der Princeton University haben jetzt eine neue Linse entwickelt, die ihre beeindruckende Bilder mit einer ausgeklügelten Bauweise und Künstlicher Intelligenz schafft. Sie nutzen eine Technologie namens "Metasurface". Dafür wurden 1,6 Millionen Stäbchen auf die Oberfläche der Linse angebracht. Sie sind zwischen 100 und 290 Nanometer dick, die Linse selbst hat einen Durchmesser von 500 Mikrometer.
© Princeton University
KI berechnet scharfes Foto
Die große Herausforderung bei der Konstruktion der Linse war es, die Größe, Form und Lage der Stäbchen zu bestimmten, um das bestmögliche Bild zu erhalten, heißt es in einem Statement. Die Stäbchen sind aus Siliziumnitrid gefertigt. Der Stoff ist nicht ungewöhnlich, weshalb die massenweise Anfertigung der Kameras potenziell möglich wäre.
Die Konstruktion ist allerdings nur die halbe Miete: Um aus dem Signal, das über die Stäbchen eingefangen wird, ein scharfes RGB-Bild zu machen, kommt ein Algorithmus zum Einsatz. Damit wird das Rauschen und die Unschärfe herausgerechnet. Laut den Forscher*innen können die Fotos so mit jenen mithalten, die von Kameras mit dem 500.000-fachen Volumen geschossen werden.
© Princeton University
Smartphone-Rückseite wird zur Kamera
Doch die KI könnte mehr als nur die Bilder aufwerten. Sie könnte gezielt nach bestimmten Formen oder Objekten suchen. Ein Einsatzgebiet dafür wäre etwa im menschlichen Körper. Hier könnten Nanobots, die mit der Kameratechnik ausgestattet sind, nach Anzeichen für Krankheiten suchen.
Kann man die Qualität der Bilder noch weiter verbessern, wäre es zukünftig auch denkbar, auf große Kameramodule an Smartphones zu verzichten. "Damit können wir Oberflächen zu Kameras mit einer Ultra-Weitwinkel-Auflösung machen. Dann braucht man keine 3 Kameras auf der Smartphone-Rückseite, sondern das ganze Gerät wird zu einer Kamera", sagt Computerwissenschaftler Felix Heide. Damit wären ganz neue Gerätebauweisen möglich. Die Ergebnisse der Forschung wurden im Fachmagazin Nature Communications veröffentlicht.