Istraživači su razvili novi digitalni holografski mikroskop zasnovan na pametnom telefonu koji omogućava precizna 3D merenja. Veoma prenosiv i jeftin mikroskop mogao bi da pomogne da se mogućnosti 3D merenja dovedu do šireg spektra aplikacija, uključujući obrazovnu upotrebu i dijagnostiku na mestu nege u okruženjima sa ograničenim resursima.
Holografski mikroskopi digitalno rekonstruišu holograme da bi izdvojili detaljne 3D informacije o uzorku, omogućavajući precizna merenja površine uzorka i unutrašnjih struktura. Međutim, postojeći digitalni holografski mikroskopi obično zahtevaju složene optičke sisteme i lični računar za proračune, što ih čini teškim za transport ili upotrebu na otvorenom.
„Naš digitalni holografski mikroskop koristi jednostavan optički sistem kreiran pomoću 3D štampača i računskog sistema zasnovanog na pametnom telefonu“, rekao je vođa istraživačkog tima Iuki Nagahama sa Univerziteta za poljoprivredu i tehnologiju u Tokiju. „To ga čini jeftinim, prenosivim i korisnim za razne aplikacije i podešavanja.“
U časopisu Applied Optics, istraživači demonstriraju sposobnost digitalnog holografskog mikroskopa zasnovanog na pametnom telefonu da uhvati, rekonstruiše i prikaže holograme u skoro realnom vremenu. Korisnik čak može da koristi pokret prstiju na ekranu pametnog telefona da zumira rekonstruisanu hologramsku sliku.
„Pošto se naš sistem holografskog mikroskopa može izgraditi jeftino, potencijalno bi mogao biti koristan za medicinske primene, kao što je dijagnostikovanje bolesti srpastih ćelija u zemljama u razvoju“, rekao je Nagahama. „Mogao bi se koristiti i za istraživanje u različitim terenskim okruženjima ili u obrazovanju tako što bi se omogućilo učenicima da posmatraju žive organizme u školi i kod kuće.
Digitalni holografski mikroskopi rade tako što hvataju interferencijski obrazac između referentnog zraka i svetlosti rasute iz uzorka. Hologram se zatim digitalno rekonstruiše, što generiše 3D informacije koje se mogu koristiti za merenje karakteristika uzorka, čak i onih ispod površine.
Iako su digitalni holografski mikroskopi zasnovani na pametnim telefonima razvijeni ranije, dostupne tehnologije ili rekonstruišu holograme na posebnom uređaju ili nemaju rekonstrukciju u realnom vremenu. Ovo ograničenje proizilazi iz ograničenog kapaciteta računara i memorije većine pametnih telefona.
Da bi postigli brzu rekonstrukciju na pametnom telefonu, istraživači su koristili pristup koji se naziva Fresnelova difrakcija sa ograničenim opsegom u dva koraka za izračunavanje obrazaca difrakcije. Ovaj metod smanjuje broj tačaka podataka, omogućavajući bržu kompjutersku rekonstrukciju slike iz holograma.
„Kada sam bio student, radio sam na prenosivim digitalnim holografskim mikroskopima, koji su u početku koristili laptopove kao računarski sistem“, rekao je Nagahama. „Sa porastom pametnih telefona, počeo sam da istražujem njihov potencijal kao računarskih sistema za šire aplikacije i razmišljao o tome da ih iskoristim za zadatke poput uklanjanja artefakata sa posmatranih slika, što je na kraju oblikovalo razvoj ovog mikroskopa.
Da bi pomogli u prenosivosti, istraživači su kreirali lagano kućište za optički sistem koristeći 3D štampač. Takođe su razvili aplikaciju zasnovanu na Androidu za rekonstrukciju holograma dobijenih optičkim sistemom.
Mikroskop generiše rekonstruisanu sliku holograma na senzoru slike USB kamere ugrađene u optički sistem. Ovaj hologram može da se posmatra pomoću Android pametnog telefona, koji omogućava računarsku rekonstrukciju slike u realnom vremenu. Rekonstruisani hologram se zatim prikazuje na pametnom telefonu, gde korisnici mogu da komuniciraju sa njim preko ekrana osetljivog na dodir.
Istraživači su procenili svoj novi mikroskopski sistem koristeći pripremljeni objekat sa poznatim uzorkom, a zatim testirali da li se uzorak na objektu može tačno posmatrati pomoću mikroskopa. Bili su u mogućnosti da uspešno posmatraju obrazac na ispitnoj meti, a takođe su koristili mikroskop za snimanje drugih uzoraka kao što je poprečni presek borove iglice.
Istraživači su pokazali da kada se koristi Fresnelova difrakcija sa ograničenim opsegom u dva koraka, hologrami se mogu rekonstruisati brzinom do 1,92 kadra u sekundi. Ovo je omogućilo da se slike prikazuju u skoro realnom vremenu kada se posmatraju stacionarni objekti.
Zatim planiraju da koriste duboko učenje kako bi poboljšali kvalitet slika generisanih mikroskopom zasnovanim na pametnom telefonu. Digitalni holografski mikroskopi često generišu druge neželjene slike tokom rekonstrukcije holograma, a istraživači istražuju kako se duboko učenje može koristiti za uklanjanje ovih neželjenih slika.
