En un artículo aparecido en la revista Wired se comenta sobre una nueva compañía llamada Metalenz, que emergio del modo sigiloso la semana pasada y está buscando revolucionar el mercado de las cámaras en los teléfonos inteligentes con un sistema de lente plana única que utiliza una tecnología llamada metasuperficies ópticas. Una cámara construida alrededor de esta nueva tecnología de lentes puede producir una imagen de la misma o mejor calidad que las lentes tradicionales, recolectar más luz para fotos más brillantes e incluso puede permitir nuevas formas de sensores en estos dispositivos, todo mientras ocupa menos espacio.
Recordemos que la cámara del primer iPhone allá en el ahora lejano 2007 tenía solo 2 megapíxeles. Y solo teníamos la cámara trasera, ni siquiera había un sensor en la parte frontal para selfies. En la actualidad, encontramos varias cámaras en la parte frontal y posterior de los nuevos smartphones, algunas de estas cámaras cuentan con sensores de hasta 108 megapíxeles, como la cámara del último tope de gama de Samsung, el Galaxy S21 Ultra.
Pero mientras que el tamaño del sensor y la cantidad de megapíxeles de las cámaras de los smartphones han aumentado considerablemente en la última década, sin mencionar las mejoras en el software de fotografía computacional, las lentes que ayudan a capturar las fotos han permanecido fundamentalmente sin cambios desde que fueran introducidas.
¿Qué es un lente plano y cómo trabaja?
Para entender en qué consiste esta nueva tecnología y cómo funciona, primero es importante comprender cómo funcionan las lentes de las cámaras de los teléfonos en la actualidad.
El arreglo de cámaras en la parte posterior de tu smartphone puede tener varias cámaras, por ejemplo el último iPhone 12 Pro tiene tres cámaras en la parte posterior, pero cada cámara tiene múltiples lentes o elementos de lentes apilados uno encima del otro. El sensor de la cámara principal del iPhone 12 Pro mencionado anteriormente utiliza siete elementos de lente. Un diseño de muchas lentes como el del iPhone es superior a una configuración de una sola lente; a medida que la luz pasa a través de cada lente sucesiva, la imagen gana nitidez y claridad.
Más lentes permiten a los fabricantes compensar irregularidades como la aberración cromática (cuando los colores aparecen en los márgenes de una imagen) y la distorsión de la lente (cuando las líneas rectas aparecen curvas en una foto). Sin embargo, apilar varios elementos de lente uno encima del otro requiere más espacio vertical dentro del módulo de la cámara. Esta es una de las muchas razones por las que de un momento a otro la cámara en los dispositivos móviles se ha hecho cada vez más grande a lo largo de los años. Otra de las razones del tamaño de la protuberancia en la parte trasera de los smartphones es que estos incluyen zoom y esta característica requiere sensores de imagen más grandes y más lentes, que obviamente necesitan espacio adicional.
Los fabricantes de smartphones como Apple han aumentado la cantidad de elementos de lentes a lo largo del tiempo y aunque algunos, como Samsung, ahora están desplegando ópticas para crear lentes de «periscopio» para obtener mayores capacidades de zoom, las empresas generalmente se han quedado con el arrglo de lentes apiladas probado y comprobado que conocemos.
Aquí es donde entra la empresa Metalenz. En lugar de usar lentes de plástico y vidrio apilados uno sobre otro encima de un sensor de imagen, el diseño de Metalenz usa una sola lente construida sobre una oblea de vidrio que tiene un tamaño de entre 1×1 y 3×3 milímetros. Si miramos muy de cerca con un microscopio este sensor veremos nanoestructuras que miden una milésima parte del ancho de un cabello humano. Esas nanoestructuras desvían los rayos de luz de una manera que corrige muchas de las deficiencias de los sistemas de cámaras de un solo lente.
La tecnología central de Metalenz se desarrolló durante una década de investigación cuando el cofundador y director ejecutivo Robert Devlin estaba trabajando en su doctorado. en la Universidad de Harvard con el aclamado físico y también cofundador de Metalenz, Federico Capasso. La empresa se separó del grupo de investigación de la Universidad de Harvard en el 2017.
La luz pasa a través de estas nanoestructuras modeladas, que parecen millones de círculos con diferentes diámetros a nivel microscópico.
La calidad de imagen resultante es tan nítida como la que obtendría de un sistema de múltiples lentes y las nanoestructuras hacen el trabajo de reducir o eliminar muchas de las aberraciones que degradan la imagen en las cámaras tradicionales. Y el diseño no solo ahorra espacio. Según dice uno de los fundadores de Metalenz, una cámara con esta tecnología puede devolver más luz al sensor de imagen, lo que permite imágenes más brillantes y nítidas que las que obtendría con elementos de lentes tradicionales.
¿Otro beneficio? La compañía ha formado alianzas con dos líderes en semiconductores (que actualmente pueden producir un millón de «chips» Metalenz al día), lo que significa que las ópticas se pueden fabricar en las mismas instalaciones que producen los chips usados en los smartphones, un paso importante para simplificar la cadena de suministro.
Metalenz entrará en producción en masa hacia finales de año. Su primera aplicación será la de servir como sistema de lentes de un sensor 3D para un smartphone, aunque la compañía no dio el nombre del fabricante de dicho dispositivo móvil.
Devlin dice que los sensores 3D actuales, como la cámara TrueDepth de Apple para Face ID, iluminan activamente una escena con láseres para escanear rostros, pero esto puede ser un gasto para la duración de la batería de un teléfono. Dado que Metalenz puede llevar más luz al sensor de imagen, afirma que puede ayudar a ahorrar energía.
¿Otras buenas noticias? Si se trata de un sensor 3D en la parte frontal de un teléfono para la autenticación facial, Devlin dice que el sistema Metalenz puede eliminar la necesidad de una muesca de cámara voluminosa que sobresalga de la pantalla, como ocurre con los iPhones actuales. La cantidad de espacio que se ahorra al renunciar a los elementos de lentes tradicionales permitirá a más fabricantes de teléfonos colocar sensores y cámaras debajo de la pantalla de vidrio de un dispositivo, algo que veremos más adelante este año.
Esta tecnología se puede utilizar en otras aplicaciones también, desde instrumentos para el cuidado de la salud hasta cámaras de realidad virtual y aumentada, pasando por las cámaras de los automóviles.
Tome la espectroscopia como ejemplo. Se usa un espectrómetro para detectar con precisión diferentes longitudes de onda de luz y se emplea comúnmente en ensayos médicos para identificar moléculas particulares en la sangre. Como las metasuperficies le permiten colapsar una mesa de ópticas en una sola superficie, Devlin afirma que puede colocar los sensores correctos en un teléfono inteligente con Metalenz para hacer el mismo tipo de trabajo.
Si desean leer el artículo completo puede hacerlo en la revista Wired.