Visualización en 3D del futuro

El Dr. Andreas Bablich trabajando en la sala limpia. (Foto: Heiner Manderbach)

Ya sea en la industria automotriz, la tecnología médica, en sistemas de seguridad o en teléfonos inteligentes: las cámaras 3D están encontrando una mayor difusión y posibilidades de uso. Una tecnología que se desarrolla rápidamente. Como tema orientado al futuro con gran relevancia social, la sensórica necesaria es un campo de investigación central del departamento de «Nanotecnología basada en Grafeno» y del departamento de «Técnica de Alta Frecuencia y Electrónica Cuántica» en la Universidad de Siegen.

Un método que se está imponiendo cada vez más en los sistemas de cámaras 3D debido a su facilidad de uso es el método de tiempo de vuelo (Time-of-Flight, ToF). Con él, se pueden determinar distancias precisas a partir de la diferencia de tiempo entre un pulso de luz emitido y el reflejado por el objeto, produciendo así imágenes con profundidad espacial. Sin embargo, la sensórica ToF, relativamente compleja, requiere bastante espacio en el chip, lo que la hace costosa y limitada para posibles aplicaciones con alto grado de integración. La integración se refiere aquí al número absoluto de sensores fotosensibles en un microchip.

Investigadores de la Universidad de Siegen trabajan en el nuevo proyecto de investigación «ULTRA-SENSE 3D» en sistemas de cámaras 3D de alta precisión y potencia basados en la respuesta fotoinducida por enfoque (FIP). «FIP es una tecnología bastante novedosa, cuyo cimiento fue establecido mediante intensas actividades de investigación en nuestro centro ZESS, el Centro de Sistemas de Sensores de la Universidad de Siegen», explica el Dr. Andreas Bablich, quien junto con el Prof. Dr. Peter Haring Bolívar lidera el proyecto. La investigación se centrará ahora en el potencial de rendimiento de sensores FIP capaces de detectar en 3D, basados en silicio amorfo. «Me alegra poder demostrar en un proyecto así la estrecha y fructífera colaboración entre la investigación básica y los impulsos innovadores para la implementación industrial», afirma el Prof. Dr. Peter Haring Bolívar. ULTRA-SENSE 3D cuenta con el apoyo de la Fundación Alemana de Investigación (DFG) con casi tres cuartos de millón de euros durante tres años. Para el Dr. Andreas Bablich, el éxito de su primera solicitud de financiación es un hito importante en su carrera investigadora. La DFG apoya expresamente a los jóvenes investigadores con su financiación.

Los sensores FIP pueden identificar información de profundidad con una precisión mucho mayor que los conceptos actuales, incluso a grandes distancias, en solo un punto de imagen. Porque en el efecto FIP, no solo se mide la cantidad de luz incidente en el sensor, sino también el tamaño del haz de luz, lo que permite mediciones precisas de distancias en tiempo real, incluso cuando la luz ambiental no es especialmente buena. «Sin embargo, las velocidades de lectura y sensibilidades de los detectores FIP actuales, basados en materiales orgánicos o con plomo, están severamente limitadas», explica el Dr. Andreas Bablich. En el nuevo enfoque, en el grupo de trabajo de Siegen se han desarrollado sensores FIP basados en silicio amorfo (a-Si:H), que actualmente muestran una respuesta FIP aproximadamente dos órdenes de magnitud más rápida, sensible y controlable en comparación con la tecnología actual. El material activo, el silicio amorfo, se aplica en capas delgadas y a bajas temperaturas sobre un chip. En términos técnicos, esto también se llama crecimiento del silicio sobre la superficie del chip. Los grosores típicos de capa oscilan entre 10 nanómetros y 1,5 micrómetros, siendo este último aproximadamente una centésima parte del diámetro de un cabello humano. «No solo desarrollamos, optimizamos y caracterizamos los conceptos de sensores en el departamento, sino que también fabricamos los sensores en la sala limpia de la propia universidad. Además, impulsaremos y profundizaremos la implementación tecnológica de estos y otros temas de investigación emocionantes en el futuro edificio de investigación INCYTE en el campus de Adolf-Reichwein-Straße.»

Los científicos de Siegen, además de la sensórica, han diseñado un concepto novedoso de lectura que podría aumentar significativamente las tasas de imagen de las cámaras 3D integradas y reducir las interferencias de ruido. El Dr. Bablich comenta: «Ya se han realizado mediciones de distancia con éxito y las resoluciones alcanzadas, en torno a 500 micrómetros, muestran un potencial importante para mejorar notablemente el método de detección FIP.» Los investigadores ven un posible campo de aplicación orientado al futuro en la detección de escenas 3D de alta sensibilidad, por ejemplo, en tecnología de seguridad o en controles de calidad industriales.