Современные смартфоны уже могут выполнить множество различных действий. Но пока еще одно действие остается за гранью их возможностей – способность сканирования трехмерных объектов с разрешающей способностью, достаточной для создания точной копии объекта при помощи трехмерного принтера. Однако, такая возможность может стать реальной благодаря маленькому и недорогому устройству, чипу NCI (nanophotonic coherent imager), разработанному специалистами из Калифорнийского технологического института (Caltech).

Помимо смартфонов, чип NCI способен предоставить возможности трехмерного восприятия окружающего пространства и множеству других устройств, к примеру, реализующих функции футуристических человеко-машинных интерфейсов и систем управления самоуправляемыми автомобилями-роботами.

В отличие от датчиков обычных камер, чип NCI способен определить расстояние от камеры до каждого пикселя изображения объекта. Это становится возможным благодаря тому, что датчик чипа NCI представляет собой матрицу из крошечных лазерных сканеров (LIDAR), которые собирают информацию о цвете, форме и о расстоянии до отдельных элементов объекта. Датчики LIDAR в своих целях используют явление так называемой оптической когеренции, позволяющей выровнять волны света с одной и той же частотой, что позволяет повысить разрешающую способность получаемого трехмерного изображения.

Рис. 1.

Когерентный лазерный свет, излучаемый датчиком NCI, действует как своего рода оптическая линейка, позволяющая с высокой точностью вычислить расстояние до каждого пикселя изображения объекта. И на основании этих данных специализированная программа способна воспроизвести подробное трехмерное изображение, которое без труда можно преобразовать в последовательность команд для трехмерного принтера.

Размер опытного образца чипа NCI составляет всего 300 микрометров, но на его поверхности присутствует матрица из 16 лазерных сканеров LIDAR. Такой уровень миниатюризации является следствием использования всех самых последних достижений в области кремниевой фотоники, и это позволит упаковывать матрицы сканеров в пределы миниатюрных чипов, которые по размерам и по уровню потребляемой энергии могут без особых затрат встроены в конструкции смартфонов или любой другой портативной электроники.

Рис. 2.

Несмотря на относительно малое количество пикселей опытного чипа NCI, исследователи сделали снимок лицевой стороны одноцентовой монеты, находящейся на расстоянии полуметра от объектива камеры. Конечно, этому изображению еще очень далеко до идеального качества, но его разрешающая способность получилась гораздо выше 16 пикселей за счет математической обработки полученных датчиком данных.

Следует заметить, что данная технология может быть масштабирована в широких пределах, вплоть до создания датчиков с сотнями тысяч пикселей, которые можно будет встраивать в объективы камер, способных снимать трехмерные изображения окружающего мира с невероятно высокой разрешающей способностью. И когда такие камеры появятся на белый свет, то они найдут применение в области обеспечения безопасности, в робототехнике, в системах распознавания жестов, лиц, в биомедицинском оборудования и во множестве других областей.