Il grafene è un materiale che promette di rivoluzionare molti aspetti della tecnologia attuale. Sono davvero tanti i settori in cui il suo utilizzo può portare benefici, dallo stoccaggio di energia elettrica, all'audio, passando per il mondo dei sensori d'immagine. La notizia di questi giorni si lega proprio a questo segmento e promette importanti passi avanti grazie a strutture fotosensibili tridimensionali.
I classici sensori attuali hanno una superficie sensibile, che cattura la proiezione sul piano delle immagini che attraversano le lenti dell'ottica e arrivano a colpirli. In questo modo si perdono tutte le informazioni sulla distanza degli oggetti ritratti ed è impossibile creare la cosiddetta mappa di profondità. In questi anni abbiamo visto diverse sperimentazioni di sistemi a più moduli in grado di ricostruire la mappa di profondità della scena catturata. Lytro, nel 2011, aveva provato a rivoluzionare il mercato con la sua Light Field Camera, evoluta poi in un prodotto professionale ocme Illum e in una cinepresa digitale pensata per il cinema.
Il mercato però non ha accolto i prodotti con lo stesso entusiamo iniziale che aveva accompagnato la presentazione del primo modello: L'anno scorso Lytro ha mollato il colpo, mettendo fine al sogno di rivoluzionare il mondo dell'immagine.
Una ricerca di un team del dipartimento di Electrical Engineering and Computer Science della University of Michigan sembra però avere progetti promettenti basati sul grafene, documentati nello studio pubblicato su Nature Photonics. I ricercatori sono infatti riusciti a costruire un fotorecettore costituito da più strati di grafene. Questo materiale da un lato ha un'eccellente trasparenza nelle frequenze del visibile e nel vicino infrarosso, dall'altro è in grado di fungere da recettore. Sfruttando una struttura 3D a più strati di grafene depositati su vetro i ricercatori sono riusciti, grazie alla trasparenza di ogni strato, pari al 95%, a costruire un fotorecettore a singolo pixel, formato da due pixel sul cammino ottico. Muovendo la lente davanti al fotorecettore si è arrivati prima ad avere l'immagine (un sorgente puntiforme prodotta da un pinhole di 30 micron) a fuoco sul primo pixel e non sul secondo. Continuando a muovere la lente si sono potuti verificare una diminuzione dell'intensità luminosa sul primo pixel e un aumento sul secondo, fino ad arrivare al punto in cui l'immagine era a fuoco sul secondo pixel. Sapendo la focale dell'ottica e la posizione dei due fotorecettori i ricercatori possono determinare nel processo la distanza dell'oggetto e allo stesso modo conoscendo l'andamento del profilo luminoso lungo l'asse Z è possibile con algoritmi di image processing calcolare informazioni 3D della scena ripresa.
Sebbene a momento i recettori non abbiamo risoluzione sufficiente per scattare una reale fotografia, i ricercatori hano simulato i possibili scenari con un sensore di più grandi dimensioni e sviluppato gli algoritmi per estrarre la mappa di profondità utilizzando le informazioni provenienti da più strati sensibili.
Le applicazioni di questo tipo di sensori possono spaziare dalla guida autonoma, alla robotica, ma anche alle analisi biologiche, laddove sia importante avere immagini in 3D dei volumi interessati. "Ci sono diverse applicazioni, come le misurazioni ottiche e il riconoscimento di oggetti, che potrebbero non richiedere tutta la capacità computazionale necessaria alla ricostruzione 3D di scene e oggetti e al momento stiamo seguendo questa strada" hanno aggiunto i ricercatori, che sono quindi alla ricerca di applicazioni che possano mettere a frutto il loro studio in tempi relativamente brevi.
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