Al imitar el ojo del camarón mantis, los investigadores de Illinois han desarrollado una cámara ultrasensible capaz de detectar tanto el color como la polarización. El generador de imágenes bioinspiradas puede mejorar potencialmente la detección temprana del cáncer y ayudar a proporcionar una nueva comprensión de los fenómenos subacuáticos, dijeron los investigadores.
"El reino animal está lleno de criaturas con ojos mucho más sensibles y sofisticados que los nuestros", dijo Viktor Gruev, profesor de ingeniería eléctrica e informática de la Universidad de Illinois y coautor del nuevo estudio. "Estos animales perciben la naturalidadfenómenos que son invisibles para los humanos.
"La polarización de la luz, es decir, la dirección de la oscilación de la luz a medida que se propaga en el espacio, es un ejemplo. Si bien la mayoría de nosotros estamos familiarizados con las gafas de sol polarizadas, que simplemente eliminan el resplandor, muchos animales usan la visión polarizada comoun canal de comunicación encubierto, para encontrar comida o incluso para navegar al detectar patrones de polarización en el cielo ".
El camarón mantis, considerado uno de los mejores cazadores en aguas poco profundas, posee uno de los ojos más sofisticados de la naturaleza. En comparación con la visión humana, que tiene tres tipos diferentes de receptores de color, el camarón mantis tiene 16 tipos diferentes de receptores de colory seis canales de polarización, dijo Gruev.
"Estos órganos no solo superan la sensibilidad de nuestros propios sistemas visuales, sino que también capturan más información visual, usando menos potencia y espacio, que las cámaras más sofisticadas y modernas de hoy en día", dijo.
Gruev y el estudiante graduado Missael García lideraron un esfuerzo para replicar el sistema visual del camarón usando algunos conceptos físicos básicos.
Reportan sus hallazgos en la revista óptica .
"La naturaleza ha ideado materiales para que diferentes colores de luz penetren a diferentes profundidades", dijo Gruev, quien también dirige el Laboratorio de Biosensores en Illinois. "Si hacemos brillar un láser azul y un láser rojo en la punta de nuestro dedo,solo puede observar la luz roja en el otro lado del dedo. Esto se debe a que la luz roja puede penetrar más profundamente en el tejido ".
"La naturaleza ha construido el ojo del camarón mantis de tal manera que los elementos fotosensibles se apilan verticalmente uno encima del otro", dijo Gruev. Este apilamiento permite la absorción de longitudes de onda más cortas, como la luz azul, en los fotorreceptores poco profundos y rojosluz en los receptores más profundos. Los fotorreceptores están organizados "de forma periódica a nanoescala que les permite también" ver "las propiedades polarizadas de la luz", dijo.
"Las mismas leyes de la física que se aplican al sistema visual mantis también se aplican a los materiales de silicio, el material utilizado para construir nuestras cámaras digitales", dijo García. "Al apilar múltiples fotodiodos uno encima del otro en silicio, podemos ver el colorsin el uso de filtros especiales. Y al combinar esta tecnología con nanocables metálicos, hemos replicado efectivamente la porción del sistema visual de camarones mantis que le permite detectar tanto el color como la polarización ".
Esta combinación única de fotodetectores de silicio y nanomateriales permitió al equipo de investigación de Illinois crear una cámara de polarización de color de apuntar y disparar. Las aplicaciones para tales cámaras son muy amplias, desde la detección temprana del cáncer hasta el monitoreo de cambios en el entorno y la decodificaciónlos canales de comunicación encubiertos que muchas criaturas submarinas parecen explotar, dijeron los investigadores.
En un estudio publicado previamente por Gruev, un sensor de polarización bioinspirado instalado en un colonoscopio podría detectar la naturaleza desordenada de las células cancerosas en el colon humano.
"Al imitar el sistema visual de camarones mantis, hemos creado una cámara única que puede usarse para mejorar la calidad de nuestras vidas", dijo Gruev. "La idea de que podemos detectar la formación temprana de cáncer es lo que está impulsando esta investigación"El costo de esta tecnología es inferior a $ 100, lo que permitirá una atención médica de calidad en lugares de todo el mundo con recursos limitados ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Illinois en Urbana-Champaign . Original escrito por Lois Yoksoulian. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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