Microscópio holográfico no celular agora portátil e em tempo real

Redação do Site Inovação Tecnológica - 24/09/2024

Esquema e protótipo do microscópio holográfico.
[Imagem: Yuki Nagahama - 10.1364/AO.532972]

Microscópio na palma da mão

Um novo microscópio holográfico digital, que funciona a partir de um telefone celular, permite fazer medições 3D com uma precisão hoje só obtida com equipamentos de laboratório muito maiores e mais caros.

O microscópio, altamente portátil e barato, promete levar as capacidades de medição 3D para uma gama mais ampla de aplicações, incluindo usos educacionais e diagnósticos de saúde no ponto de atendimento.

Os microscópios holográficos reconstroem hologramas digitalmente para extrair informações 3D detalhadas sobre uma amostra, permitindo medições precisas da superfície e das estruturas internas da amostra. No entanto, os microscópios holográficos digitais atuais dependem de sistemas ópticos complexos e de um computador pessoal para construir as imagens, o que os torna difíceis de transportar ou usar ao ar livre.

"Nosso microscópio holográfico digital usa um sistema óptico simples criado com uma impressora 3D e um sistema de cálculo baseado em um telefone celular," rebate a professora Yuki Nagahama, da Universidade de Agricultura e Tecnologia de Tóquio, no Japão.

E, mesmo com seu hardware minimalista, o equipamento gera imagens 3D de qualidade praticamente em tempo real. Para visualizar os detalhes, basta fazer o tradicional gesto de pinça na tela do celular para ampliar a imagem.

Microscópio holográfico digital

Os microscópios holográficos digitais funcionam capturando o padrão de interferência entre um feixe de referência e a luz de outro feixe, que é dirigida à amostra e por ela refletida. O holograma é então reconstruído digitalmente, o que gera informações 3D que podem ser usadas para medir as características da amostra, mesmo aquelas abaixo da superfície.

Já haviam sido criados microscópios de holografia digital baseados em celulares, mas eles reconstroem os hologramas em um computador separado ou não têm reconstrução em tempo real.

Os usos vão dos exames médicos no consultório às pesquisas de campo.
[Imagem: Yuki Nagahama - 10.1364/AO.532972]

Para vencer essas limitações, advindas sobretudo da capacidade restrita de computação e de memória da maioria dos celulares, Nagahama usou uma abordagem chamada difração de Fresnel de passo duplo, que depende de pouca largura de banda, para calcular os padrões de difração. Este método reduz o número de pontos de dados, permitindo uma reconstrução de imagem computacional mais rápida a partir de hologramas.

O protótipo reconstrói os hologramas a uma taxa de até 1,92 quadro por segundo, permitindo que as imagens sejam exibidas quase em tempo real ao observar objetos estacionários.

E, para ajudar na portabilidade, os pesquisadores criaram um gabinete leve para o sistema óptico usando uma impressora 3D. Eles também desenvolveram um aplicativo baseado em Android para reconstruir os hologramas adquiridos pelo sistema óptico.

"Como nosso sistema de microscópio holográfico pode ser construído de forma barata, ele pode ser potencialmente útil para aplicações médicas, como o diagnóstico de anemia falciforme em países em desenvolvimento," disse Nagahama. "Ele também pode ser usado para pesquisa em vários ambientes de campo ou na educação, permitindo que os alunos observem organismos vivos na escola e em casa."

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