Kameras werden in der Medizin und anderen Bereichen weit verbreitet verwendet, aber die typische moderne Kamera ist für viele medizinische Zwecke zu groß. Eine Gruppe von Forschern der Universitäten von Princeton und Washington hat sich zusammengetan, um eine extrem kleine Kamera von der Größe eines Salzkorns zu entwickeln. Gerade bei der Erforschung des menschlichen Körpers haben Kameras dieser kleinen Größe ein großes Potenzial.
Obwohl der potenzielle Nutzen solcher Kameras im medizinischen Umfeld hoch ist, können sie auch in anderen Geräten, einschließlich extrem kleiner Roboter, verwendet werden, wodurch sie die Empfindlichkeit erheblich verbessern können.
In der Vergangenheit konnten winzige Kameras nur verschwommene und verzerrte Bilder mit einem begrenzten Sichtfeld aufnehmen. Das Bild unten zeigt eine deutliche Verbesserung gegenüber den älteren Kamerasystemen und der neuen Kamera, die während dieser Studie entwickelt wurde. Die Kamera kann Vollfarbbilder aufnehmen, die denen ähneln, die mit einem normalen Kameraobjektiv aufgenommen werden.
Die Forscher verließen sich auf das gemeinsame Design von Hardware und Rechenleistung der Kamera, um eine so kleine, hochauflösende Kamera zu entwickeln. Sie glauben, dass das System zu einem minimalinvasiven Endoskop oder medizinischen Robotern führen könnte, die in der Lage sind, den menschlichen Körper zu untersuchen, um verschiedene Krankheiten und Zustände zu diagnostizieren und zu behandeln.
Eine weitere interessante Möglichkeit für das Kamerasystem ist sein Potenzial, ein Array von Tausenden von Kamerasensoren zu erstellen, um die gesamte Szene abzudecken. Um ein neues optisches System zu schaffen, nutzten die Forscher eine sogenannte Metaoberfläche, die wie ein Computerchip entsteht. Die Metaoberfläche hat 1,6 Millionen zylindrische Säulen auf ihrer Oberfläche, jede etwa so groß wie das menschliche Immunschwächevirus.
Einer der Schlüssel zur Leistungsfähigkeit dieser Kamera ist ihr integriertes optisches Oberflächendesign und bilderzeugende Signalverarbeitungsalgorithmen. Durch die Integration des Designs der optischen Oberfläche und der Signalverarbeitungsalgorithmen erhielt die Kamera eine deutliche Leistungssteigerung unter natürlichen Lichtverhältnissen. Frühere Metaoberflächenkameras benötigten Laserlicht im Labor oder andere ideale Bedingungen, um qualitativ hochwertige Bilder zu erzeugen.
Das Team stellte fest, dass die von dieser Kamera erzeugten Bilder mit denen vergleichbar waren, die mit einem herkömmlichen Objektiv mit einer mehr als 500000-fachen Vergrößerung erzielt wurden. Obwohl der vom Team verwendete optische Designansatz nicht neu ist, ist ihr System das erste, das optische Oberflächentechnologie in der äußeren Schnittstelle und neuronale Verarbeitung in der inneren verwendet. Derzeit arbeiten die Projektforscher daran, der Kamera zusätzliche Rechenkapazitäten hinzuzufügen.
Viele Operationen, die in Krankenhäusern auf der ganzen Welt durchgeführt werden, verwenden laparoskopische Techniken, bei denen winzige Kameras und Instrumente in kleine Einschnitte im Körper des Patienten eingeführt werden. Das Vorhandensein von viel kleineren Werkzeugen, die damit möglich sind neue Technologie, würde noch kleinere Einschnitte und eine schnellere Genesung nach der Operation bedeuten.
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