Imaginar tener el poder conducir por la noche, pasear por un parque oscuro o navegar por una casa sin encender una sola luz, no está muy lejos de ser real, todo gracias a un par de lentes de visión nocturna tan delgados como una película de plástico.
Un avance tecnológico reciente podría hacer realidad esta visión, que ofrece a los consumidores una vista iluminada del mundo que usualmente está más allá de la percepción óptica humana. Investigadores del ARC Centre of Excellence for Transformative Meta-Optical Systems (TMOS) en Australia están en la misión de hacer que la visión nocturna sea accesible y portátil, que se deshace de los voluminosos y caros equipos tradicionales.
Los nuevos descubrimientos de este equipo permiten que todo el procesado complejo de la luz se realice a lo largo de una vía más sencilla y estrecha. Esto significa que la tecnología puede empaquetarse en una película de visión nocturna que pesa menos de un gramo y puede colocarse sobre marcos de lentes existentes.
Tener un par de gafas de visión nocturna, que se vean similares a las gafas de lectura o conducción, podría cambiar la manera de vivir después del anochecer. Las posibilidades son amplias, desde encontrar a un perro en un parque oscuro hasta mejorar la seguridad en la conducción y caminata nocturna.
Entonces, ¿por qué no se están ya utilizando estas lentes de visión nocturna? La visión nocturna tradicional involucra un sistema complejo en el que los fotones de luz pasan a través de una lente objetiva hacia un tubo intensificador de imagen electrónico compuesto por dos partes clave.
Primero, el fotocátodo convierte los fotones en electrones, que luego se multiplican en una placa de microcanales compuesta por millones de agujeros. Después, los electrones aterrizan en una pantalla recubierta de fósforo, lo que causa que brillen en verde y revelen la escena observada a través del sistema de visión nocturna. Este método, comprensiblemente, es actualmente imposible de reducir a una fina película de plástico.
En su lugar, los investigadores de TMOS utilizaron tecnología de upconversion basada en metasuperficies, que proporciona una vía más fácil para el procesamiento de los fotones de luz. Los fotones viajan a través de una metasuperficie resonante, donde se mezclan con un haz de bombeo. La metasuperficie de niobato de litio no local incrementa la energía de los fotones y los lleva al espectro de luz visible sin necesidad de convertirlos primero en electrones.
Además, no requiere de enfriamiento criogénico, que es esencial para reducir el “ruido” y obtener imágenes más nítidas en los sistemas de visión nocturna tradicionales, que permite prescindir de más partes voluminosas de los sistemas de visión nocturna actuales.
“Estos resultados prometen oportunidades significativas para las industrias de vigilancia, navegación autónoma y la imagenología biológica, entre otras”, dijo Dragomir Neshev, investigador principal. “Reducir el tamaño, el peso y los requisitos de energía de la tecnología de visión nocturna es un ejemplo de cómo la meta-óptica y el trabajo que TMOS está realizando son cruciales para la Industria 4.0 y la futura miniaturización extrema de la tecnología”.
Esta nueva tecnología también captura la luz visible y no visible (o infrarroja) en una sola imagen al mirar a través de la “lente”. Tradicionalmente, los sistemas de visión nocturna capturan vistas lado a lado de cada espectro, lo que impide la obtención de imágenes idénticas. ¿Qué significa esto para el usuario? Básicamente, una vista de mejor calidad de lo que se encuentra en la oscuridad.
“Esta es la primera demostración de imagen de upconversion de alta resolución de infrarrojo de 1550 nm a luz visible de 550 nm en una metasuperficie no local”, dijo Rocio Camacho Morales, autora del estudio. “Elegimos estas longitudes de onda porque los 1550 nm, una luz infrarroja, son comúnmente usados en telecomunicaciones, y los 550 nm son luz visible a la cual los ojos humanos son altamente sensibles. Las futuras investigaciones incluirán expandir el rango de longitudes de onda a las que el dispositivo es sensible, con el objetivo de obtener imágenes IR de amplio espectro, así como explorar el procesamiento de imágenes, que incluyen la detección de bordes”.
El trabajo más reciente mejora investigaciones previas sobre visión nocturna que utiliza una metasuperficie de arseniuro de galio. Esta vez, encontraron que la metasuperficie de niobato de litio proporcionaba un procesamiento de luz más eficiente en una superficie más amplia.
“Se ha dicho que la upconversion de alta eficiencia del infrarrojo a visible es imposible debido a la cantidad de información no recolectada debido a la pérdida angular que es inherente en las metasuperficies no locales”, señala Laura Valencia Molina, autora principal. “Nosotros superamos estas limitaciones y demostramos experimentalmente una upconversion de imágenes de alta eficiencia”.
Con este avance, se abre un horizonte amplio de posibilidades en diversos campos, desde la seguridad hasta la exploración científica. La capacidad de tener una herramienta de visión nocturna compacta y eficiente podría transformar la manera en que se percibe el mundo después del anochecer, que facilita desde actividades cotidianas hasta operaciones complejas en entornos oscuros.
