Rastros de luz monitoram objetos escondidos e não visíveis

Redação do Site Inovação Tecnológica - 09/05/2017

O sistema consegue monitorar tudo o que acontece com o objeto dentro da caixa fechada.
[Imagem: Akhlaghi et Dogariu - 10.1364/optica.4.000447]

Ver dentro sem abrir a caixa

Enxergar objetos através das paredes e fabricar câmeras que enxergam além da esquina pode ser mais simples do que se acreditava.

Milad Akhlaghi e Aristide Dogariu, da Universidade Central da Flórida, nos EUA, demonstraram como rastrear objetos escondidos analisando flutuações no "ruído óptico", reflexões da luz que não podem ser vistas a olho nu e nem detectadas pelos sensores comuns.

Enquanto essas reflexões da luz normalmente são indesejadas nas câmeras tradicionais, a dupla mostrou que é possível utilizá-las para detectar a localização de um objeto conforme ele se move fora do campo de visão - especificamente, dentro de uma caixa opaca fechada.

Assim, talvez não seja necessário abrir a caixa para ver se o gato de Schrodinger está vivo ou morto - se ele estiver se movendo a medição quântica estará definida, e o gato estará definitivamente vivo.

Por divertido que possa parecer, obviamente o mecanismo desenvolvido neste trabalho não poderia ser usado desta forma ou com esse objetivo, mas promete avançar o campo do sensoriamento remoto, ajudar no desenvolvimento de tecnologias de carros sem motoristas e melhorar a segurança da aviação - a técnica permite, por exemplo, enxergar através de um denso nevoeiro.

Rastreamento óptico

Existem várias tecnologias capazes de detectar e rastrear objetos à distância ou que não podem ser observados diretamente. A maioria delas, contudo, como o LIDAR - também conhecido como radar de luz, ou radar a laser - exige uma linha de visão entre o sensor e o objeto a ser observado, o que significa que elas não funcionam quando o objeto está obscurecido por neblina, nuvens ou outras condições que espalham a luz.

"Nós estamos promovendo uma mudança de paradigma," disse Dogariu. "Observar como as flutuações da luz são modificadas pela interação com o objeto nos permite recuperar informações sobre o objeto."

Parece fácil, mas isto é resultado de mais de dez anos de trabalho da equipe, que começou usando a luz para movimentar células vivas.

Primeiro, um pequeno objeto é colocado dentro de uma caixa de plástico, que reflete a luz de forma difusa. Um feixe de laser é disparado em uma das suas paredes, criando uma fonte de luz secundária dentro da caixa. O objeto alvo dispersa essa luz e, em seguida, essas ondas de luz tornam-se ainda mais aleatórias quando passam de volta através das paredes da caixa. A luz é então recolhida fora da caixa por um sensor, e um algoritmo isola o ruído natural das flutuações causadas pelo objeto.

"Um objeto que está escondido atrás de algum difusor de dispersão não é iluminado por um feixe espacialmente coerente," disse Dogariu. "O movimento do objeto, o tamanho do objeto e as propriedades do objeto afetam as propriedades estatísticas do campo óptico tipo ruído, e é este efeito o que nós medimos."

O sistema detecta variações difusas no brilho externo da caixa, invisíveis a olho nu.
[Imagem: Akhlaghi et Dogariu - 10.1364/optica.4.000447]

Rastreamento de movimento

Como o sistema extrai informações sobre o movimento em cada direção independentemente, ele consegue identificar a posição exata em todos os graus de liberdade (esquerda-direita, cima-para baixo e diagonal). Além disso, como o método segue o movimento do centro de massa do alvo, a precisão de rastreamento não é afetada quando o objeto se inclina ou gira.

Isso permite detectar a direção na qual o objeto está se movendo, sua velocidade e suas dimensões. Mas não traz grandes informações sobre o objeto propriamente dito, como sua forma, cor ou seu formato.

Além disso, o sistema não é capaz de enxergar objetos parados, já que o algoritmo trabalha detectando variações no campo de luz, variações estas que são geradas apenas quando o objeto se move.

Embora a demonstração tenha sido feita com ondas de luz, abordagens semelhantes à base de ruído poderão ser implementadas em outros domínios, como a acústica, ou em outras frequências, como as micro-ondas, disse Dogariu.

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