Un sistema per visualizzare gli oggetti attraverso le nubi e la nebbia

I ricercatori della Stanford University hanno sviluppato una sorta di visione a raggi X. Lavorando con hardware simili a ciò che consente alle auto autonome di “vedere” il mondo che le circonda, i ricercatori hanno migliorato il sistema con un algoritmo altamente efficiente in grado di ricostruire scene nascoste tridimensionali basate sul movimento di singole particelle di luce, o fotoni. Nei test, descritti in dettaglio in un documento pubblicato su Nature Communications, hanno ricostruito con successo forme oscurate da schiuma spessa 1 pollice. Per l’occhio umano è come vedere attraverso i muri.

Vedere ciò che è invisibile. L’hanno definita così a Stanford. Una tecnica complementare ad altri sistemi di visione perché focalizzata a situazioni su larga scala. Per vedere attraverso ambienti che diffondono la luce in ogni direzione, il sistema accoppia un laser con un rilevatore di fotoni super sensibile che registra ogni bit di luce laser che lo colpisce.
Questo non è il primo sistema con la capacità di rivelare oggetti nascosti attraverso ambienti sparsi, ma aggira i limiti associati ad altre tecniche.

Ad esempio, alcuni richiedono la conoscenza di quanto sia lontano l’oggetto di interesse. È anche comune che questi sistemi utilizzino solo informazioni provenienti da fotoni balistici, che sono fotoni che viaggiano da e verso l’oggetto nascosto attraverso il campo di diffusione, ma senza effettivamente disperdersi lungo il percorso.

Per rendere il loro algoritmo adattabile alle complessità dello scattering, i ricercatori hanno dovuto co-progettare strettamente il loro hardware e software, sebbene i componenti hardware che hanno usato siano solo leggermente più avanzati di quelli che si trovano attualmente nelle auto autonome. A seconda della luminosità degli oggetti nascosti, la scansione nei loro test ha richiesto da un minuto a un’ora, ma l’algoritmo ha ricostruito la scena oscurata in tempo reale e potrebbe essere eseguito su un laptop.

“Non si poteva vedere attraverso la schiuma con i propri occhi, e anche solo guardando le misurazioni dei fotoni dal rilevatore, non si vede davvero nulla“, ha detto Lindell. “Ma, con solo una manciata di fotoni, l’algoritmo di ricostruzione può esporre questi oggetti e puoi vedere non solo che aspetto hanno, ma dove si trovano nello spazio 3D“.

Un giorno, un discendente di questo sistema potrebbe essere inviato attraverso lo spazio ad altri pianeti e lune per aiutare a vedere attraverso le nuvole ghiacciate verso strati e superfici più profonde. A breve termine, i ricercatori vorrebbero sperimentare diversi ambienti di diffusione ottica per simulare altre circostanze in cui questa tecnologia potrebbe essere utile.

“Siamo entusiasti di spingerci oltre con altri tipi di geometrie di scattering“, ha affermato Lindell. “Quindi, non solo oggetti nascosti dietro una spessa lastra di materiale, ma oggetti che sono incorporati in materiale densamente diffuso, che sarebbe come vedere un oggetto circondato dalla nebbia.”

Lindell e Wetzstein sono anche entusiasti di come questo lavoro rappresenti un’intersezione profondamente interdisciplinare tra scienza e ingegneria.

“Questi sistemi di rilevamento sono dispositivi con laser, rilevatori e algoritmi avanzati, che li colloca in un’area di ricerca interdisciplinare tra hardware, fisica e matematica applicata“, ha affermato Wetzstein. “Tutti questi sono campi fondamentali in questo lavoro e questo è ciò che è più eccitante per me“, conclude.