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 интенсивности света, оптоволоконный эндоскоп способен фиксировать и трехмерную структуру объекта, используя технологию 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.
Используя передовые методы управления световым пучком, команда смогла создать последовательность световых импульсов лазера, представляющих собой отдельные «пятна» света. Эти «пятна» последовательно сканировали область видимости, измеряя интенсивность отраженного света, что позволяло определить яркость каждого пикселя. Кроме того, система изменяла время, необходимое для достижения «пятном» объекта и возврата к эндоскопу, что позволяло вычислить 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.