Em um novo estudo, pesquisadores usaram impressão 3D e peças de baixo custo para criar um gerador de imagens hiperespectral barato que é leve o suficiente para usar drones a bordo. Eles oferecem uma receita para a criação dessas imagens, o que poderia tornar a técnica analítica tradicionalmente cara mais amplamente acessível.

Os imageadores hiperespectrais produzem imagens como uma câmera colorida tradicional, mas detectam várias centenas de cores em vez das três detectadas por câmeras normais. Cada pixel de uma imagem hiperespectral contém informações que cobrem todo o espectro visível, fornecendo dados que podem ser usados, por exemplo, para detectar e classificar objetos automaticamente ou medir a cor do oceano para mapear a proliferação de algas prejudiciais. Os sensores hiperespectrais tradicionais podem custar dezenas de milhares de dólares e são muito volumosos e pesados.

No jornal The Optical Society (OSA) Optics Express , os pesquisadores detalham como fazer imagens hiperespectrais de comprimento de onda visível pesando menos de meio quilo por apenas US $ 700. Eles também demonstram que esses imageadores podem adquirir dados espectrais a bordo de um drone.

"Os instrumentos que fizemos podem ser usados ​​de forma muito eficaz em um drone ou veículo não tripulado para adquirir imagens espectrais, "disse o líder da equipe de pesquisa Fred Sigernes do University Center in Svalbard (UNIS), Noruega. "Isso significa que a imagem hiperespectral pode ser usada para mapear grandes áreas de terreno, por exemplo, sem a necessidade de alugar um avião ou helicóptero para transportar um instrumento caro e grande. "

Imprimindo as peças certas

Uma impressora 3D de mesa facilitou muito o processo de fabricação dos suportes óticos personalizados necessários para os geradores de imagens. "Fazer itens em metal consome tempo e pode ser muito caro, "disse Sigernes." No entanto, A impressão 3D com plástico é barata e muito eficaz para fazer até mesmo peças complexas, como a peça necessária para segurar a grade que dispersa a luz. Consegui imprimir várias versões e testá-las. "

Os imageadores hiperespectrais criados pelos pesquisadores empregam o que é conhecido como técnica de vassoura, que usa varredura de linha precisa para construir uma imagem espectral. Os pesquisadores adicionaram um sistema de estabilização à configuração para que o movimento do drone não distorcesse a imagem enquanto ela estava sendo gerada.

"Os sensores hiperespectrais de vassoura de pressão normalmente exigem estabilização de orientação cara, "explicou Sigernes." No entanto, agora você pode comprar um giroscópio muito barato, sistemas de estabilização eletrônica. O advento desses novos sistemas feitos possibilita que façamos imagens hiperespectrais baratas. "

Teste em vôo

Os pesquisadores fizeram vários protótipos usando a impressão 3D para criar suportes de plástico que posicionam com precisão os pequenos, câmeras e componentes ópticos leves disponíveis no mercado. Eles testaram um dos instrumentos a bordo de um drone octocóptero equipado com um sistema de estabilização eletrônico de dois eixos. O gerador de imagens hiperespectral teve um bom desempenho e foi capaz de detectar características da paisagem, como vegetação e corpos d'água.

Os pesquisadores também realizaram testes portáteis com os imageadores hiperespectrais e sistemas de estabilização eletrônica de três eixos. Para um experimento, eles varreram o gerador de imagens em uma tela de computador exibindo uma coleção de frutas, adquirir 571 espectrogramas em 22 segundos.

Esses testes de viabilidade mostraram que a impressão 3D é precisa o suficiente para produzir peças de protótipo para sistemas ópticos. As peças de plástico impressas eram leves e fortes o suficiente para manter o sistema geral leve e pequeno, que é importante para uso com drones. Após o teste, versões de metal de peças impressas em 3D podem ser encomendadas, se desejado, para criar imagens que sejam mais duráveis.

Melhorando a sensibilidade

Embora os novos imageadores não forneçam a sensibilidade dos imageadores hiperespectrais tradicionais, seu desempenho é suficiente para mapear o terreno ou detectar a cor do oceano à luz do dia. Os pesquisadores agora estão trabalhando para melhorar a sensibilidade, fazendo versões um pouco maiores dos instrumentos que ainda seriam pequenos e leves o suficiente para uso em drones. Melhorar a sensibilidade dos imageadores fornecerá dados de maior qualidade.

"Existem muitas maneiras de usar os dados adquiridos por imageadores hiperespectrais, "disse Sigernes." Ao reduzir o custo desses instrumentos, esperamos que mais pessoas consigam usar essa técnica analítica e desenvolvê-la ainda mais. "