Immagine copertina generata con l’intelligenza artificiale
Un piccolo specchio sviluppato dai ricercatori della Pennsylvania State University potrebbe rendere i sistemi ottici più compatti, veloci e versatili. Il dispositivo, basato sulla tecnologia MEMS, riesce infatti a controllare un fascio laser nello spazio tridimensionale combinando in un unico componente due funzioni che normalmente richiedono elementi ottici separati: lo spostamento del fascio e la regolazione della sua messa a fuoco.
Tecnologia dello specchio che controlla la luce in 3D
Il punto centrale della ricerca è un micromirror MEMS, cioè un microspecchio realizzato attraverso una tecnologia che integra minuscoli componenti meccanici ed elettronici su un chip. Il dispositivo può inclinarsi in due direzioni, permettendo di spostare il fascio laser lateralmente su un’area.
La vera novità, però, riguarda la possibilità di modificare contemporaneamente la forma della superficie riflettente. Rendendo lo specchio più piatto oppure più curvo, i ricercatori possono cambiare il punto in cui la luce riflessa viene messa a fuoco. In questo modo, il sistema non controlla soltanto dove si dirige il laser, ma anche a quale profondità viene focalizzato.
Applicazioni future per sistemi ottici versatili
Secondo Hunter Shillingburg, dottorando in ingegneria elettrica e primo autore dello studio pubblicato su Microsystems & Nanoengineering, la possibilità di controllare rapidamente la luce in tre dimensioni attraverso un singolo dispositivo può ridurre dimensioni e peso dei sistemi ottici.
Tra le applicazioni indicate dai ricercatori emerge in particolare la neurobiologia. Il sistema potrebbe contribuire alla realizzazione di microscopi miniaturizzati e montabili, destinati allo studio della neurobiologia in soggetti attivi. Un’altra possibile area riguarda gli occhiali e i visori per la realtà aumentata, che potrebbero beneficiare di componenti ottici più leggeri.
Impatto sulla miniaturizzazione dei dispositivi ottici
La miniaturizzazione rappresenta uno degli aspetti più interessanti del progetto. Nei sistemi tradizionali, il controllo tridimensionale di un fascio laser richiede spesso componenti distinti per modificarne la direzione e il punto di fuoco. Il micromirror sviluppato a Penn State riunisce invece queste funzioni in un unico elemento.
Il dispositivo ha dimensioni di circa un millimetro e può quindi reagire molto rapidamente. I ricercatori hanno misurato una variazione della messa a fuoco nell’ordine dei milionesimi di secondo, caratteristica che potrebbe risultare utile nelle tecnologie chiamate a effettuare scansioni rapide nello spazio tridimensionale.
Sviluppo della struttura tridimensionale e benefici nell’ingegneria ottica
Per ottenere questi movimenti, il gruppo ha utilizzato nitruro di alluminio, un materiale piezoelettrico. Quando viene applicata una tensione a sottili strati di questo materiale, questi possono flettersi, producendo l’inclinazione o la deformazione del microspecchio.
Piccole strutture posizionate attorno allo specchio ne controllano l’inclinazione, mentre un ulteriore strato piezoelettrico interviene sulla forma della superficie riflettente. Il risultato è un componente capace di combinare il controllo laterale del fascio con quello della sua profondità di fuoco.
Potenzialità dei sistemi ottici controllati in 3D
La rapidità di funzionamento rende il micromirror interessante per applicazioni che richiedono di scansionare rapidamente lo spazio tridimensionale. Tra gli ambiti citati dai ricercatori figurano il controllo quantistico, la microscopia a illuminazione strutturata e l’optogenetica.
L’interesse della ricerca nasce quindi dalla possibilità di ottenere un controllo tridimensionale della luce in tempo reale attraverso un dispositivo estremamente compatto. L’integrazione di più funzioni ottiche nello stesso componente potrebbe aprire la strada a sistemi più piccoli e leggeri, soprattutto nei settori della ricerca scientifica e delle tecnologie di imaging avanzato.
Fonte: Interesting Engineering
