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Um novo microscópio holográfico digital facilmente portátil pode ampliar uma gama de aplicações ao tornar medições 3D de precisão acessíveis por meio de tecnologia alimentada por smartphones.
O microscópio de baixo custo apresenta recursos que podem auxiliar em tudo, desde testes próximos ao paciente até usos educacionais e científicos.
Ao recriar digitalmente informações 3D sobre objetos e ambientes com tecnologia holográficaOs microscópios holográficos permitem que os pesquisadores façam medições altamente precisas não apenas das superfícies dos objetos, mas também de suas estruturas internas.
Atualmente, os microscópios holográficos digitais não são ideais para uso em campo, pois só funcionam com base em tecnologias elaboradas que normalmente exigem computadores de mesa convencionais para fazer cálculos.
Tudo isso está prestes a mudar com o desenvolvimento de um novo e mais simples sistema óptico pela pesquisadora Yuki Nagahama da Universidade de Agricultura e Tecnologia de Tóquio e sua equipe, que emprega recursos de impressão 3D e cálculos baseados em smartphones para criar o que Nagahama diz que será um novo microscópio que é “barato, portátil e útil para uma variedade de aplicações e configurações”.
Reconstrução holográfica em tempo quase real
O novo microscópio holográfico é capaz de funcionar quase em tempo real, de acordo com um novo artigo publicado pela equipe no periódico Applied Optics.
Semelhante às imagens normais capturadas com câmeras de smartphones, depois que uma imagem microscópica é produzida pelo sistema de Nagahama, os usuários podem “beliscar” a renderização para ampliar e visualizar partes da reconstrução com mais detalhes.
Nagahama diz que o novo aplicativo pode ser útil em uma ampla gama de aplicações médicas, particularmente em regiões onde tais tecnologias são atualmente inacessíveis.
Outros usos para o novo microscópio holográfico incluem esforços de pesquisa em ambientes onde renderizações 3D precisas de objetos microscópicos nunca foram possíveis antes.
Microscopia holográfica de tamanho divertido
Para Nagahama, o conceito para esta nova aplicação holográfica foi baseado em suas experiências pessoais.
“Quando eu era estudante, trabalhei em microscópios holográficos digitais portáteis, que inicialmente usavam laptops como sistema de computação”, Nagahama disse em uma declaração.
No entanto, à medida que mais e mais aplicativos de smartphones estendiam as funções normais dos telefones celulares para habilitar novos recursos, Nagahama começou a analisar como eles também poderiam servir como computadores para alimentar aplicativos em uma ampla gama de áreas, “o que acabou moldando o desenvolvimento deste microscópio”.
Normalmente, microscópios holográficos digitais detectam padrões de interferência que emergem entre a luz espalhada da amostra em questão e um feixe de referência produzido pelo dispositivo. Com base nesses dados, o holograma é reconstruído usando informações 3D que podem medir uma amostra e, no caso da microscopia holográfica, até mesmo abaixo da superfície do objeto.
O novo dispositivo não é o primeiro microscópio holográfico baseado em smartphone e enquanto outros existemNagahama é o primeiro a apresentar capacidades de reconstrução quase em tempo real, confiando no que é chamado de difração de Fresnel de passo duplo com banda limitada, que permite cálculos rápidos com base nos padrões de difração que observa. O processo mais rápido é possível reduzindo muito a quantidade de dados necessários para coleta durante o uso.
Leve, mas poderoso
O novo sistema é alojado dentro de um contêiner leve, que inclui tanto o sistema óptico do microscópio quanto a impressora 3D. Os hologramas são reconstruídos usando um aplicativo Android projetado especificamente para uso com a nova tecnologia, que emprega o sensor de imagem de uma câmera conectada ao dispositivo via USB. Finalmente, a imagem resultante é exibida na tela do smartphone.
No momento, o novo microscópio pode reconstruir hologramas em taxas de quadros de até 1,92 quadros por segundo. No futuro, Nagahama e a equipe planejam melhorar o novo aplicativo com a ajuda do aprendizado profundo, que eles esperam que limite a produção de imagens secundárias que são artefatos não intencionais que ocasionalmente surgem do processo de reconstrução holográfica.
As descobertas da equipe apareceram no recente estudar“Exibição de zoom interativa em um microscópio holográfico digital baseado em smartphone para imagens 3D”, publicado em Óptica Aplicada em 23 de agosto de 2024.
Micah Hanks é o editor-chefe e cofundador do The Debrief. Ele pode ser contatado por e-mail em micah@thedebrief.org. Acompanhe o trabalho dele em micahhanks.com e em X: @MicahHanks.
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