Ученые разработали сверхтонкое оптоволокно для передачи трехмерного видео.

Новости МирТесен

Волокно, диаметром со сравнение с человеческим волосом, способно сканировать объекты на удалении до нескольких метров, определяя яркость каждого пикселя и расстояние до него с точностью до миллиметра. Данная технология может найти применение в создании минимально инвазивных медицинских инструментов, а также для трехмерной визуализации труднодоступных внутренних элементов механизмов.

Для осмотра труднодоступных участков сложного оборудования или даже человеческого организма часто применяются оптоволоконные технологии. Обычно для визуализации внутренней структуры объектов сложной формы используют пучок оптоволокна, сопоставимый по толщине с человеческим пальцем. Внутри такого пучка каждое волокно формирует отдельный пиксель изображения.

Помимо фиксации интенсивности света, оптоволоконный эндоскоп обладает возможностью регистрации трехмерной структуры объекта — посредством технологии времяпролетной визуализации. Это метод, при котором на объект направляют световой импульс и измеряют время, через которое он возвращается обратно. В новой работе ученые показали, что можно обойтись всего одним оптоволокном толщиной с человеческий волос и создать на его основе прибор нового поколения для трехмерной визуализации удаленных объектов.

Применяя сложные технологии создания световых пучков, специалисты получили возможность генерировать последовательность импульсов лазерного света – отдельные «точки» света. Эти «точки» поочередно просматривали область обзора, фиксируя интенсивность отраженного света, что и определяло яркость каждого пикселя. Помимо этого, система анализировала время, затраченное каждой «точкой» на путь к объекту и обратное возвращение к эндоскопу, тем самым измеряя расстояние до каждого пикселя.

Данный метод оказался эффективным для сканирования объектов на дистанциях от нескольких десятков миллиметров до нескольких метров, обеспечивая разрешение по глубине примерно в пять миллиметров. Скорость сканирования позволяла получать до пяти изображений в секунду, что создавало видеоряд с частотой до пяти кадров в секунду.

После калибровки, согласно предложенной учеными конструкции, оптоволокно должно сохранять свою неподвижность. Однако, в дальнейшем исследователи рассчитывают уменьшить время калибровки и обеспечить подвижность оптоволокна в процессе сканирования. В сотрудничестве с промышленными партнерами авторы планируют разработать микроэндоскопы нового поколения для разнообразных применений в течение ближайшего десятилетия.

Статья с описанием новой методики опубликована в журнале Science.