Un equipo internacional de ingenieros ha desarrollado un sistema de sensores compacto y ligero con capacidades de imagen infrarroja, diseñado para ser fácilmente acoplado a drones y permitir el monitoreo remoto de cultivos.
Esta tecnología de óptica plana tiene el potencial de reemplazar las aplicaciones de lentes ópticas tradicionales en la detección ambiental a través de diversas industrias. La innovación podría resultar en una reducción del costo de los alimentos, ya que los agricultores podrán identificar con precisión qué cultivos requieren riego, fertilización y control de plagas, en lugar de aplicar un enfoque generalizado, lo que podría aumentar sus cosechas.
El sistema de sensores puede cambiar rápidamente entre la detección de bordes—imaginando el contorno de un objeto, como una fruta—y la extracción de información infrarroja detallada, sin necesidad de generar grandes volúmenes de datos ni utilizar procesadores externos voluminosos. Esta capacidad de alternar a una imagen infrarroja detallada es un desarrollo nuevo en el campo y podría permitir a los agricultores recopilar más información cuando el sensor remoto identifique áreas con posibles infestaciones de plagas.
Este avance ha sido logrado por ingenieros de la City University of New York (CUNY), la Universidad de Melbourne, la RMIT University y el ARC Center of Excellence for Transformative Meta-Optical Systems (TMOS). La investigación ha sido publicada en la revista Nature Communications, en un artículo titulado «Reconfigurable image processing metasurfaces with phase-change materials.» (Metasuperficies de procesamiento de imágenes reconfigurables con materiales de cambio de fase.)
El prototipo del sistema de sensores, que incluye un filtro hecho con una capa delgada de un material llamado dióxido de vanadio que puede cambiar entre la detección de bordes y la imagen infrarroja detallada, fue diseñado por el equipo de la profesora Madhu Bhaskaran de TMOS en RMIT, Melbourne.
«Los materiales como el dióxido de vanadio añaden una capacidad de ajuste fantástica para hacer que los dispositivos sean ‘inteligentes'», explicó Bhaskaran. «Cuando se cambia la temperatura del filtro, el dióxido de vanadio se transforma de un estado aislante a uno metálico, lo que permite que la imagen procesada cambie de un contorno filtrado a una imagen infrarroja no filtrada.»
Estos materiales podrían ser muy útiles en dispositivos de óptica plana futuristas que pueden reemplazar tecnologías con lentes tradicionales para aplicaciones de detección ambiental, haciéndolos ideales para su uso en drones y satélites que requieren bajo tamaño, peso y capacidad de energía.
RMIT posee una patente estadounidense y tiene pendiente una solicitud de patente australiana para su método de producción de películas de dióxido de vanadio, que puede ser adecuado para una amplia gama de aplicaciones.
El autor principal, Dr. Michele Cotrufo, destacó la importancia de la capacidad del sistema para alternar entre operaciones de procesamiento, desde la detección de bordes hasta la captura de imágenes infrarrojas detalladas. «La capacidad de reconfigurar dinámicamente las operaciones de procesamiento es clave para que las metasuperficies puedan competir con los sistemas de procesamiento de imágenes digitales. Esto es lo que hemos desarrollado.»
El coautor Shaban Sulejman de la Universidad de Melbourne señaló que el diseño y los materiales utilizados hacen que el filtro sea apto para la fabricación en masa. «También opera a temperaturas compatibles con las técnicas de fabricación estándar, lo que facilita su integración con sistemas disponibles comercialmente y, por lo tanto, su transición rápida de la investigación al uso en el mundo real.»
La investigadora principal de TMOS, Ann Roberts, también de la Universidad de Melbourne, afirmó que las tecnologías de óptica plana tienen el potencial de transformar innumerables industrias. «Los elementos ópticos tradicionales han sido durante mucho tiempo el cuello de botella que impide la miniaturización de los dispositivos. La capacidad de reemplazar o complementar elementos ópticos tradicionales con óptica de película delgada rompe ese cuello de botella.»
