Ao imitar o olho do camarão mantis, Pesquisadores de Illinois desenvolveram uma câmera ultrassensível capaz de detectar cores e polarização. O imageador bioinspirado pode potencialmente melhorar a detecção precoce do câncer e ajudar a fornecer uma nova compreensão dos fenômenos subaquáticos, disseram os pesquisadores.

"O reino animal está cheio de criaturas com olhos muito mais sensíveis e sofisticados que os nossos, "disse Viktor Gruev, um professor de engenharia elétrica e de computação da Universidade de Illinois e co-autor do novo estudo. “Esses animais percebem fenômenos naturais que são invisíveis aos humanos.

"Polarização da luz - isto é, a direção da oscilação da luz conforme ela se propaga no espaço - é um exemplo. Embora a maioria de nós esteja familiarizada com óculos de sol polarizados, que simplesmente remove o brilho, muitos animais usam a visão polarizada como um canal de comunicação oculto, para encontrar comida, ou mesmo navegar detectando padrões de polarização no céu. "

O camarão mantis, considerado um dos melhores caçadores em águas rasas, possui um dos olhos mais sofisticados da natureza. Comparado com a visão humana, que tem três tipos diferentes de receptores de cores, o camarão mantis tem 16 tipos diferentes de receptores de cores e seis canais de polarização, Gruev disse.

"Esses órgãos não apenas superam a sensibilidade de nossos próprios sistemas visuais, eles também capturam mais informações visuais, usando menos energia e espaço, do que o mais sofisticado de hoje, câmeras de última geração, " ele disse.

Gruev e a estudante de pós-graduação Missael Garcia lideraram um esforço para replicar o sistema visual do camarão usando alguns conceitos físicos básicos.

Eles relatam suas descobertas no jornal Optica .

"A natureza concebeu materiais tais que diferentes cores de luz penetram em diferentes profundidades, "disse Gruev, que também dirige o Laboratório de Biossensores em Illinois. "Se iluminarmos um laser azul e um laser vermelho na ponta do dedo, podemos apenas observar a luz vermelha do outro lado do dedo. Isso ocorre porque a luz vermelha pode penetrar mais profundamente no tecido. "

"A natureza construiu o olho do camarão mantis de tal forma que os elementos fotossensíveis são empilhados verticalmente uns sobre os outros, "Gruev disse. Este empilhamento permite a absorção de comprimentos de onda mais curtos, como luz azul, nos fotorreceptores rasos e luz vermelha nos receptores mais profundos. Os fotorreceptores são organizados "de forma periódica em nanoescala que lhes permite também 'ver' as propriedades polarizadas da luz, " ele disse.

"As mesmas leis da física que se aplicam ao sistema visual do louva-a-deus também se aplicam aos materiais de silício, o material usado para construir nossas câmeras digitais ", disse Garcia." Empilhando vários fotodiodos uns sobre os outros em silício, podemos ver as cores sem o uso de filtros especiais. E ao combinar esta tecnologia com nanofios metálicos, nós efetivamente reproduzimos a parte do sistema visual do camarão mantis que o permite sentir tanto a cor quanto a polarização. "

Essa combinação única de fotodetectores de silício e nanomateriais permitiu que a equipe de pesquisa de Illinois criasse uma câmera de polarização colorida "apontar e disparar". As aplicações para essas câmeras são abrangentes, desde a detecção precoce do câncer até o monitoramento de mudanças no ambiente e a decodificação dos canais de comunicação secretos que muitas criaturas subaquáticas parecem explorar, disseram os pesquisadores.

Em um estudo publicado anteriormente por Gruev, um sensor de polarização bioinspirado instalado em um colonoscópio poderia detectar a natureza desordenada das células cancerosas no cólon humano.

"Ao imitar o sistema visual do camarão mantis, criamos uma câmera exclusiva que pode ser usada para melhorar a qualidade de nossas vidas, "Gruev disse." A noção de que podemos detectar a formação precoce do câncer é o que está impulsionando esta pesquisa. O custo dessa tecnologia é inferior a US $ 100, que permitirá cuidados de saúde de qualidade em locais com recursos limitados em todo o mundo. "