Imagens espectrais, que contêm mais informações de cores do que as obtidas com uma câmera típica, revelam características de tecidos e outras amostras biológicas que não podem ser vistas a olho nu. Um novo dispositivo compatível com smartphone que é segurado como um lápis pode tornar prático a aquisição de imagens espectrais de objetos do cotidiano e pode, eventualmente, ser usado para diagnósticos médicos em pontos de atendimento em locais remotos.

As aplicações potenciais do novo dispositivo incluem a detecção da saturação de oxigênio no sangue de uma pessoa, determinar o frescor da carne no supermercado e identificar a fruta que está com a maturação perfeita. O espectrômetro também pode facilitar a aquisição de dados espectrais no campo para estudos científicos.

No jornal The Optical Society (OSA) Biomedical Optics Express , os pesquisadores descrevem como fazer o novo espectrômetro semelhante a um lápis e demonstram sua capacidade de adquirir imagens espectrais de bananas, carne de porco e a mão de uma pessoa. O novo dispositivo pode detectar comprimentos de onda de 400 a 676 nanômetros em 186 pontos simultaneamente.

"A maneira mais fácil de usar um espectrômetro é ondulá-lo sobre a parte do corpo ou objeto que está sendo examinado, "disse o primeiro autor Fuhong Cai, Hainan University, China. "Contudo, muitos espectrômetros portáteis feitos em casa usam uma câmera de smartphone para adquirir dados e uma base de telefone que contém outras óticas necessárias. O suporte pode ser difícil de alinhar corretamente e torna difícil acenar com o smartphone sobre o corpo. "

Em vez de usar uma câmera de smartphone para adquirir imagens, o novo espectrômetro usa uma câmera semicondutora de óxido metálico complementar (CMOS) disponível no mercado que transmite imagens sem fio para um smartphone. Essa abordagem permitiu que os pesquisadores montassem um dispositivo de imagem espectral cilíndrico pesando apenas 140 gramas (cerca de 5 onças), que tem o comprimento de um smartphone e pouco mais de 3 centímetros de diâmetro.

Usando componentes prontos para uso

O novo espectrômetro semelhante a um lápis usa todos os componentes disponíveis no mercado que podem ser adquiridos por menos de US $ 300. A fonte de luz é uma matriz de LEDs brancos, que se conecta a um tubo de lente óptica pronto para uso com o detector CMOS e outros componentes ópticos necessários para a imagem espectral.

Pode-se usar o espectrômetro semelhante a um lápis simplesmente movendo-o pela área-alvo com a mão. Este processo manual de varredura vassoura cria uma série de imagens espectrais que são enviadas a um smartphone ou computador onde o software une as imagens espectrais em um cubo de dados de imagem espectral 3D.

Os pesquisadores testaram o espectrômetro usando-o para detectar a maturação da banana e os níveis de mioglobina - a proteína que contém ferro que dá a cor à carne - em um pedaço de porco. Eles também o usaram para escanear a mão de uma pessoa, obter um vídeo de 16 segundos contendo 200 imagens espectrais. A partir das imagens espectrais 3D, os pesquisadores conseguiram distinguir cinco dedos e a palma da mão e viram diferenças na distribuição de hemoglobina em várias partes da mão.

Os pesquisadores também estão interessados ​​em usar seu espectrômetro de imagem compacto para monitoramento ambiental. "Estamos desenvolvendo câmeras espectrais distribuídas que podem ser usadas para uma ampla gama de pesquisas oceânicas, como a detecção de matéria orgânica dissolvida na água ou pigmentos que indicam os primeiros sinais de proliferação de algas nocivas, "disse Cai." Uma vez que o espectrômetro de imagem pode se conectar a qualquer tipo de câmera, também estamos examinando a ideia de anexá-lo à câmera de um veículo autônomo para criar um sistema de detecção remota do oceano. "

Otimizando o sistema

Embora o uso de componentes disponíveis comercialmente para fazer o protótipo signifique que qualquer pessoa pode montar o dispositivo, também impõe alguns limites à resolução e à sensibilidade. Por exemplo, o protótipo só pode resolver comprimentos de onda que diferem em pelo menos 17 nanômetros.

"Esperamos melhorias significativas na resolução espectral no futuro, usando uma câmera aprimorada com lentes de longa distância focal, "disse Dan Wang, Universidade de Tecnologia Química de Pequim, China, um membro da equipe de pesquisa. "Essas melhorias iriam expandir os aplicativos para o dispositivo."

Os pesquisadores também planejam desenvolver software para tornar o imageador espectral ainda mais útil. "Queremos desenvolver maneiras de usar algoritmos de aprendizado de máquina para analisar as grandes quantidades de dados que podem ser coletados com o imageador portátil de espectro, "disse Sailing He, Universidade de Zhejiang, China, um membro da equipe de pesquisa. “Também queremos criar um software para smartphones que use dados de imagem espectral para medir o frescor da carne, por exemplo."