El LED más pequeño del mundo desarrollado por investigadores en Singapur ha allanado el camino para convertir las cámaras de los teléfonos móviles existentes en microscopios de alta resolución.
Más pequeño que la longitud de onda de la luz
Se ha utilizado un nuevo tipo de LED, que es más pequeño que la longitud de onda de la luz, para construir el microscopio holográfico más pequeño del mundo. El chip de silicio y el software de las cámaras convencionales se han modificado para crear microscopios.
Además, los científicos han ideado un algoritmo pionero de redes neuronales que reconstruye objetos escaneados por el microscopio holográfico. Esta innovación hace posible inspeccionar elementos microscópicos como células y bacterias sin la necesidad de engorrosos microscopios convencionales u ópticas suplementarias.
Los investigadores crearon un nuevo LED diminuto que es muy brillante y tiene el área de emisión de luz más pequeña jamás vista para los LED de silicio. Utilizaron este LED para construir un pequeño microscopio que no necesita lente ni orificio, llamado microscopio holográfico sin lente.
El método convencional de reconstrucción computacional depende en gran medida de una comprensión precisa de la configuración del experimento para obtener resultados precisos, que es susceptible a aberraciones ópticas, ruido y el problema de las imágenes gemelas.
Para superar estos problemas, los investigadores crearon una arquitectura de red neuronal profunda que mejora la calidad de la reconstrucción de imágenes.
Esta nueva red neuronal profunda no necesita datos de entrenamiento, a diferencia de los métodos convencionales. Incluye un modelo físico dentro del algoritmo, que proporciona un aumento del contraste mediante la regularización de la variación total y tiene en cuenta el amplio ancho de banda espectral de la fuente.
Los investigadores demostraron que la red neuronal no entrenada se puede utilizar para trabajar con nuevas fuentes de luz, incluso si no se conoce de antemano el espectro o el perfil del haz. Lo lograron utilizando el novedoso y más pequeño LED de Si conocido, fabricado mediante una microelectrónica CMOS a granel no modificada y totalmente comercial.
Sistemas de imágenes en chip de próxima generación
Los investigadores ven potencial para aplicar la combinación de micro-LED CMOS y la red neuronal a otras aplicaciones de imágenes computacionales, como microscopios compactos para el seguimiento de células vivas o imágenes espectroscópicas de tejidos vegetales vivos.
Además, el estudio demuestra el potencial para desarrollar sistemas de imágenes en chip de próxima generación.
Varias aplicaciones, como el seguimiento de partículas, la monitorización ambiental, la obtención de imágenes de muestras biológicas y la metrología, ya han utilizado microscopios holográficos en línea. Según el equipo, en el futuro, podría ser factible disponer estos LED en CMOS para la creación de iluminación coherente programable, lo que podría mejorar aún más la complejidad de los sistemas.
“Nuestro avance representa una prueba de concepto que podría tener un gran impacto para numerosas aplicaciones que requieren el uso de micro-LED”, dijo en un comunicado Iksung Kang, autor principal y asistente de investigación del MIT. declaración.
“Por ejemplo, este LED podría combinarse en una matriz para obtener niveles más altos de iluminación necesarios para aplicaciones a mayor escala. Además, debido al bajo costo y la escalabilidad de los procesos CMOS de microelectrónica, esto se puede hacer sin aumentar la complejidad, el costo y la complejidad del sistema. , o factor de forma.”
Los hallazgos del equipo fueron publicado en la revista Nature Communications.
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