Como uma história em quadrinhos ganhando vida, pesquisadores da Universidade de Stanford desenvolveram uma espécie de visão de raios-X - apenas sem os raios-X. Trabalhar com hardware semelhante ao que permite que carros autônomos "vejam" o mundo ao seu redor, os pesquisadores aprimoraram seu sistema com um algoritmo altamente eficiente que pode reconstruir cenas tridimensionais ocultas com base no movimento de partículas individuais de luz, ou fótons. Em testes, detalhado em um artigo publicado em 9 de setembro em Nature Communications , seu sistema reconstruiu com sucesso formas obscurecidas por espuma de 1 polegada de espessura. Para o olho humano, é como ver através das paredes.

"Muitas técnicas de imagem tornam as imagens um pouco melhores, um pouco menos barulhento, mas isso é realmente algo em que tornamos o invisível visível, "disse Gordon Wetzstein, professor assistente de engenharia elétrica em Stanford e autor sênior do artigo. "Isso está realmente empurrando a fronteira do que pode ser possível com qualquer tipo de sistema de detecção. É como uma visão sobre-humana."

Esta técnica complementa outros sistemas de visão que podem ver através das barreiras na escala microscópica - para aplicações na medicina - porque é mais focada em situações de grande escala, como a navegação de carros autônomos sob neblina ou chuva forte e imagens de satélite da superfície da Terra e de outros planetas em uma atmosfera nebulosa.

Supervisão de luz dispersa

Para ver através de ambientes que espalham luz em todas as direções, o sistema emparelha um laser com um detector de fótons super-sensível que registra cada bit de luz laser que o atinge. À medida que o laser examina uma obstrução como uma parede de espuma, um fóton ocasional conseguirá passar pela espuma, acerte os objetos escondidos atrás dele e passe de volta pela espuma para alcançar o detector. O software com suporte de algoritmo usa então esses poucos fótons - e informações sobre onde e quando eles atingem o detector - para reconstruir os objetos ocultos em 3-D.

Este não é o primeiro sistema com a capacidade de revelar objetos ocultos por meio de ambientes de dispersão, mas contorna as limitações associadas a outras técnicas. Por exemplo, alguns requerem conhecimento sobre a distância que o objeto de interesse está. Também é comum que esses sistemas usem apenas informações de fótons balísticos, que são fótons que viajam de e para o objeto oculto através do campo de espalhamento, mas sem realmente espalhar ao longo do caminho.

"Estávamos interessados ​​em poder criar imagens por meio de mídia de espalhamento sem essas suposições e coletar todos os fótons que foram espalhados para reconstruir a imagem, "disse David Lindell, um estudante de graduação em engenharia elétrica e autor principal do artigo. "Isso torna nosso sistema especialmente útil para aplicativos de grande escala, onde haveria muito poucos fótons balísticos. "

A fim de tornar seu algoritmo acessível às complexidades de espalhamento, os pesquisadores tiveram que co-projetar de perto seu hardware e software, embora os componentes de hardware que eles usaram sejam apenas um pouco mais avançados do que os encontrados atualmente em carros autônomos. Dependendo do brilho dos objetos escondidos, a digitalização em seus testes levava de um minuto a uma hora, mas o algoritmo reconstruiu a cena obscurecida em tempo real e pode ser executado em um laptop.

"Você não podia ver através da espuma com seus próprios olhos, e até mesmo olhando para as medições de fótons do detector, você realmente não vê nada, "disse Lindell." Mas, com apenas um punhado de fótons, o algoritmo de reconstrução pode expor esses objetos - e você pode ver não apenas como eles se parecem, mas onde eles estão no espaço 3-D. "

Espaço e nevoeiro

Algum dia, um descendente deste sistema poderia ser enviado através do espaço para outros planetas e luas para ajudar a ver através das nuvens geladas as camadas e superfícies mais profundas. Em um prazo mais próximo, os pesquisadores gostariam de experimentar diferentes ambientes de espalhamento para simular outras circunstâncias onde esta tecnologia poderia ser útil.

"Estamos entusiasmados em levar isso adiante com outros tipos de geometrias de dispersão, "disse Lindell." Então, não apenas objetos escondidos atrás de uma placa grossa de material, mas objetos que estão embutidos em material densamente espalhado, o que seria como ver um objeto cercado por névoa. "

Lindell e Wetzstein também estão entusiasmados com a forma como este trabalho representa uma interseção profundamente interdisciplinar de ciência e engenharia.

"Esses sistemas de detecção são dispositivos com lasers, detectores e algoritmos avançados, que os coloca em uma área de pesquisa interdisciplinar entre hardware e física e matemática aplicada, "disse Wetzstein." Todos esses são críticos, campos centrais neste trabalho e isso é o que é mais emocionante para mim. "