Un nuovo tipo di pixel sviluppato dai ricercatori dell’ETH Zurich segna un possibile punto di svolta per la tecnologia dei dispositivi visivi. Questi elementi non si limitano più a una sola funzione, ma possono controllare e analizzare la luce nello stesso momento, aprendo la strada a dispositivi in cui camera e display non sono più componenti separati.
Il risultato, pubblicato sulla rivista Nature (2026), introduce un concetto inedito: un pixel bidirezionale in grado di gestire contemporaneamente emissione e analisi della luce, superando un limite storico dell’elettronica ottica.
Dall’origine del pixel alla sua evoluzione digitale
Il termine “pixel”, abbreviazione di “picture element”, compare per la prima volta nel 1927 sulla rivista americana Wireless World. Da allora è diventato l’unità fondamentale dell’imaging digitale.
Nel tempo, i pixel hanno assunto ruoli distinti: nei display servono a generare immagini, mentre nei sensori delle fotocamere vengono utilizzati per catturare la luce in ingresso. Questa separazione funzionale ha guidato per decenni lo sviluppo di televisori, smartphone e sistemi di acquisizione visiva.
La ricerca dell’ETH Zurich rompe questa distinzione, proponendo un’unità capace di svolgere entrambe le funzioni.
Il funzionamento dei Fourier pixel
Il cuore dell’innovazione è rappresentato dai cosiddetti Fourier pixel, sviluppati dal team guidato da David Norris presso l’Optical Materials Engineering Laboratory.
Il principio fisico alla base è l’interferenza delle onde luminose. Quando la luce viene diffusa da una superficie, le onde provenienti da punti diversi si sovrappongono, generando schemi di interferenza che possono rafforzarsi o annullarsi.
Attraverso una lavorazione nanometrica estremamente precisa, il pixel trasforma la luce in una onda superficiale (surface plasmon polariton) che si propaga sul chip. Successivamente, in un’altra area del pixel, questa onda viene riconvertita in luce.
Il risultato finale è un sistema in cui le onde interferiscono generando immagini controllabili e prevedibili tramite analisi di Fourier, che permette di progettare la forma della superficie necessaria per ottenere un determinato risultato visivo.
Controllo di fase, intensità e polarizzazione
Una delle innovazioni più rilevanti è la capacità di controllare non solo l’intensità luminosa, ma anche proprietà più complesse come fase e polarizzazione.
La polarizzazione descrive la direzione di oscillazione del campo elettrico della luce. Variando la struttura del pixel e sovrapponendo onde con polarizzazioni diverse, i ricercatori possono generare stati luminosi personalizzati.
Secondo il team, è possibile anche creare particolari configurazioni del fascio luminoso, come i cosiddetti doughnut beams, caratterizzati da un centro vuoto. Inoltre, la tecnologia funziona su diverse lunghezze d’onda, permettendo la generazione di immagini a colori.
Dalla generazione all’analisi della luce
Il sistema non si limita a produrre immagini. Può anche essere utilizzato per analizzare la luce in ingresso.
Sovrapponendo un’onda di riferimento al segnale luminoso, il pixel genera un pattern di interferenza che può essere registrato e analizzato. Da questo schema è possibile ricostruire informazioni su fase e polarizzazione della luce incidente, aprendo applicazioni anche nel campo della sensoristica avanzata.
Verso dispositivi ibridi tra camera e display
Secondo i ricercatori, la vera innovazione è la possibilità di combinare in un unico pixel funzioni di controllo e analisi della luce. Questo potrebbe portare allo sviluppo di dispositivi in cui schermo e fotocamera coincidono fisicamente, riducendo la complessità hardware.
In prospettiva, matrici di questi pixel potrebbero dare vita a sistemi visivi completamente nuovi, capaci non solo di mostrare e catturare immagini, ma anche di elaborarle direttamente a livello di superficie senza passaggi intermedi.
Le applicazioni possibili spaziano da smartphone più compatti a nuovi sistemi ottici avanzati, anche se i ricercatori non indicano ancora tempistiche di commercializzazione.
Fonte: Techxplore
