Negli ultimi anni, le tecnologie di imaging tridimensionale hanno compiuto passi da gigante, trovando applicazione in settori strategici come la sicurezza, il monitoraggio ambientale e il telerilevamento. Tra le innovazioni più promettenti, il LiDAR (Light Detection and Ranging) si è affermato come una delle tecnologie laser più avanzate per ottenere mappe dettagliate di ambienti e oggetti. Tuttavia, le soluzioni tradizionali presentano ancora alcune limitazioni, soprattutto in termini di risoluzione spaziale e capacità di operare in condizioni difficili, come attraverso fumo, nebbia o vegetazione.
Ora, un gruppo di ricercatori dell’Università Heriot-Watt nel Regno Unito ha sviluppato un nuovo sistema LiDAR a singolo fotone, capace di ottenere immagini 3D ad altissima risoluzione fino a un chilometro di distanza. Grazie a un rilevatore estremamente sensibile e a una precisione temporale senza precedenti, questa tecnologia a laser apre nuove possibilità per la sorveglianza, il monitoraggio geologico e altre applicazioni avanzate.
Un sistema LiDAR più sensibile e preciso
Due volte più efficiente rispetto a quelli presenti in altri LiDAR simili, e con una risoluzione temporale almeno dieci volte migliore. Queste sono le capacità del nuovo sistema LiDAR, sviluppato dai ricercatori dell’Università Heriot-Watt, tra i primi ad adoperare la tecnologia a singolo fotone.
Meglio nota come single-photon time-of-flight imaging, questa tecnologia misura il tempo impiegato da un impulso laser per raggiungere un oggetto e tornare al rilevatore. Ciò consente di ricostruire immagini tridimensionali con estrema precisione, persino in ambienti ostili o con ostacoli parziali.
Oltre alla tecnologia a singolo fotone, altra particolarità di questo sistema è il suo rilevatore di fotoni singoli a nanofili superconduttori (SNSPD). Sviluppato in collaborazione tra il MIT e il Jet Propulsion Laboratory (JPL) della NASA, questo dispositivo ultrasensibile è in grado di registrare i singoli fotoni, permettendo misurazioni rapide su lunghe distanze senza compromettere la qualità dei dati raccolti.
Risultati eccellenti per molteplici applicazioni
Durante i test sul campo, i ricercatori hanno utilizzato il sistema per ottenere immagini dettagliate di bersagli a distanze di 45, 325 e 1.000 metri. Il sistema ha dimostrato di poter identificare dettagli di appena 1 millimetro in condizioni di luce diurna: una precisione circa dieci volte superiore rispetto ai modelli precedenti. In uno degli esperimenti, il team ha persino ricostruito un volto umano in 3D da una distanza di 325 metri, utilizzando un laser di soli 3,5 mW di potenza con un tempo di acquisizione di appena 1 millisecondo per pixel.
Questa capacità di penetrazione potrebbe risultare estremamente utile per applicazioni di sorveglianza e sicurezza, permettendo di identificare oggetti o persone anche in ambienti con visibilità ridotta. “L’eccellente risoluzione di profondità del sistema lo rende particolarmente adatto per l’imaging di oggetti nascosti dietro ostacoli, come fogliame o reti mimetiche,” sottolinea Aongus McCarthy, primo autore dello studio pubblicato sulla rivista Optica.
Inoltre, il sistema potrebbe essere impiegato per il monitoraggio geologico, rilevando piccoli movimenti di pareti rocciose o strutture a rischio di cedimento. Potrebbe trovare applicazioni anche nell’esplorazione spaziale e nella navigazione autonoma, settori in cui la capacità di ottenere immagini 3D precise in tempo reale è fondamentale.
Attualmente, il sistema è stato testato fino a un chilometro di distanza, ma i ricercatori stanno già lavorando per estenderne il raggio d’azione fino a 10 chilometri e migliorarne ulteriormente le prestazioni. Un altro obiettivo è quello di sviluppare una versione operante a lunghezze d’onda superiori ai 1550 nm, che potrebbe offrire una migliore capacità di penetrazione in presenza di fumo, nebbia o altri ostacoli atmosferici.
