기본 콘텐츠로 건너뛰기

소금 알갱이 만큼 작은 카메라


 

(Researchers at Princeton University and the University of Washington have developed an ultracompact camera the size of a coarse grain of salt. The system relies on a technology called a metasurface, which is studded with 1.6 million cylindrical posts and can be produced much like a computer chip. Credit: Princeton University)




(Previous micro-sized cameras (left) captured fuzzy, distorted images with limited fields of view. A new system called neural nano-optics (right) can produce crisp, full-color images on par with a conventional compound camera lens. Credit: Princeton University)



 현대적인 카메라는 여러 겹의 렌즈를 지니고 있습니다. 작은 스마트폰 카메라도 예외는 아닙니다. 렌즈를 통해 들어오는 빛이 정확히 초점을 맞춰야 하기 때문입니다. 정확한 상을 맺기 위해서는 다른 대안이 없지만, 사실 이런 구조로 인해 카메라의 크기를 얇고 작게 만들기 어려워지는 단점이 있습니다. 카메라를 연구하는 과학자들은 렌즈가 필요 없는 새로운 디자인의 카메라를 개발하고 있습니다. 물론 렌즈가 없으면 이미지가 흐려지지만, 대신 매우 작게 만들 수 있습니다. 



 이전 포스트: https://blog.naver.com/jjy0501/221733526286



 프린스턴 대학과 워싱턴 대학 연구팀은 작은 소금 알갱이 크기의 초박막 카메라를 개발했습니다. 불과 0.5mm 너비의 카메라에는 총 160만 개의 작은 기둥 같은 표면 구조물이 있는데, 그 크기는 HIV 바이러스 수준에 불과합니다. 이런 미세 구조를 지닌 물질을 메타서피스 (metasurface)라고 부릅니다. 연구팀이 개발한 메타서피스는 별도의 렌즈 없이도 다양한 파장에서 빛을 받아 이미지로 전환할 수 있습니다. 하지만 6개의 렌즈를 지닌 일반적인 스마트폰 카메라 같은 이미지가 아닌 다소 흐릿한 이미지가 될 수밖에 없습니다. 



 연구팀이 개발한 돌파구는 신경망 기반 이미지 프로세싱 기술입니다. 뉴럴 나노 광학 (neural nano-optics) 기술을 적용한 이미지는 합성 이미지 같은 느낌이 확실히 들긴 하지만, 카메라의 작은 크기를 생각하면 납득할 수 있는 결과물입니다. 연구팀은 비슷한 이미지를 얻을 수 있는 카메라보다 메타서피스 카메라의 부피가 50만 배 작다고 주장했습니다.  



 이런 초미세 카메라의 목적은 스마트폰이나 일반 카메라를 대체하기 위한 것이 아니라 실용적인 초미세 카메라를 개발해 마이크로 로봇, 주사 바늘을 이용한 초미세 내시경, 미니 센서 등에 적용하기 위한 것으로 생각됩니다. 작기만 하고 이미지 결과물이 진짜 카메라보다 못하다면 대체는 불가능하기 때문입니다. 



 다만 아무리 작아도 대량 생산이 어렵다면 사용화는 불가능합니다. 연구를 이끈 워싱턴 대학의 전자 및 컴퓨팅 엔지니어링 학부(University of Washington Department of Electrical & Computer Engineering (UW ECE))의 (Shane Colburn)의 셰인 콜번 (Shane Colburn)은 메타서피스 카메라를 개발하고 상업화시키기 위해 스핀오프 스타트업인 튜놉픽스 (Tunoptix)를 설립하고 참여했습니다. 연구팀은 반도체 제조 기술과 유사한 방법으로 저렴한 가격에 메타서피스 카메라를 대량 생산할 수 있다고 주장했습니다. 



 실제로 상용화될 수 있을지는 두고봐야 알겠지만, 흥미로운 기술이라는 점은 분명합니다. 다만 상당한 컴퓨팅 파워를 필요로 한다는 점에서 카메라만 작고 시스템 전체 크기는 작지 않을 수 있으며 비용도 생각보다 많이 들 수 있습니다. 진짜 실용적인 기술이 될 지 궁금합니다. 



 참고 



https://phys.org/news/2021-11-camera-size-salt-grain.html


Ethan Tseng et al, Neural nano-optics for high-quality thin lens imaging, Nature Communications (2021). DOI: 10.1038/s41467-021-26443-0
라벨:

댓글

댓글 쓰기

이 블로그의 인기 게시물

벨 V-280 Valor 시험 비행 성공

( The V-280 Valor flew for the first time at Bell Helicopter's Amarillo Assembly Center in Texas(Credit: Bell Helicopter/YouTube) )  앞서 소개드린 V-280 발러가 첫 번째 비행 테스트에 성공했다는 소식입니다. V-22 오스프리의 소형화 버전이라고 할 수 있는 V-280 발러는  미 육군의 차세대 헬기 사업인 Future Vertical Lift (FVL)에 입찰을 시도하는 틸트로터기로 현재 미 육군이 주력으로 사용하는 블랙호크 헬기와 비슷한 체급입니다. 다만 틸트로터기인 만큼 최고 속도나 항속 거리면에서 더 유리합니다. 스펙은 이전 포스트를 참조해 주시기   이전 포스트:  https://blog.naver.com/jjy0501/221115245986  (동영상)   V-280 발러는 틸트로터기의 더 대중화 될 수 있을지를 검증하는 중요한 무대가 될 것입니다. V-22 오스프리의 경우 복잡한 구조로 인해 가격이 너무 비싸져서 사실 미국은 몰라도 그 동맹국에 널리 도입되기는 어려운 부분이 있습니다. V-280 역시 가격이 아주 저렴할 것 같지는 않지만, 좀 더 합리적인 대안은 될 수 있을 것 같습니다. 만약 성공적인 결과가 나오면 한국을 포함한 미국의 동맹국에서 도입을 검토할 수 있을지 모르겠다는 생각입니다.   참고  https://newatlas.com/bell-v-280-valor-maiden-flight/52663/
댓글 쓰기
자세한 내용 보기

세상에서 가장 큰 벌

( Wallace's giant bee, the largest known bee species in the world, is four times larger than a European honeybee(Credit: Clay Bolt) ) (Photographer Clay Bolt snaps some of the first-ever shots of Wallace's giant bee in the wild(Credit: Simon Robson)  월리스의 거대 벌 (Wallace’s giant bee)로 알려진 Megachile pluto는 매우 거대한 인도네시아 벌로 세상에서 가장 거대한 말벌과도 경쟁할 수 있는 크기를 지니고 있습니다. 암컷의 경우 몸길이 3.8cm, 날개너비 6.35cm으로 알려진 벌 가운데 가장 거대하지만 수컷의 경우 이보다 작아서 몸길이가 2.3cm 정도입니다. 아무튼 일반 꿀벌의 4배가 넘는 몸길이를 지닌 거대 벌이라고 할 수 있습니다.   메가칠레는 1981년 몇 개의 표본이 발견된 이후 지금까지 추가 발견이 되지 않아 멸종되었다고 보는 과학자들도 있었습니다. 2018년에 eBay에 표본이 나왔지만, 언제 잡힌 것인지는 알 수 없었습니다. 사실 이 벌은 1858년 처음 발견된 이후 1981년에야 다시 발견되었을 만큼 찾기 어려운 희귀종입니다. 그런데 시드니 대학과 국제 야생 동물 보호 협회 (Global Wildlife Conservation)의 연구팀이 오랜 수색 끝에 2019년 인도네시아의 오지에서 메가칠레 암컷을 야생 상태에서 발견하는데 성공했습니다.   메가칠레 암컷은 특이하게도 살아있는 흰개미 둥지가 있는 나무에 둥지를 만들고 살아갑니다. 이들의 거대한 턱은 나무의 수지를 모아 둥지를 짓는데 유리합니다. 하지만 워낙 희귀종이라 이들의 생태에 대해서는 거의 알려진 바가 없습니다.  (동영상)...
댓글 쓰기
자세한 내용 보기

몸에 철이 많으면 조기 사망 위험도가 높다?

 철분은 인체에 반드시 필요한 미량 원소입니다. 헤모글로빈에 필수적인 물질이기 때문에 철분 부족은 흔히 빈혈을 부르며 반대로 피를 자꾸 잃는 경우에는 철분 부족 현상이 발생합니다. 하지만 철분 수치가 높다는 것은 반드시 좋은 의미는 아닙니다. 모든 일에는 적당한 수준이 있게 마련이고 철 역시 너무 많으면 여러 가지 질병을 일으킬 수 있습니다. 철 대사에 문제가 생겨 철이 과다하게 축적되는 혈색소증 ( haemochromatosis ) 같은 드문 경우가 아니라도 과도한 철분 섭취나 수혈로 인한 철분 과잉은 건강에 문제를 일으킬 수 있습니다. 하지만 높은 철 농도가 수명에 미치는 영향에 대해서는 잘 알려지지 않았습니다.   하버드 대학의 이야스 다글라스( Iyas Daghlas )와 임페리얼 칼리지 런던의 데펜더 길 ( Dipender Gill )은 체내 철 함유량에 영향을 미치는 유전적 변이와 수명의 관계를 조사했습니다. 연구팀은 48972명의 유전 정보와 혈중 철분 농도, 그리고 기대 수명의 60/90%에서 생존 확률을 조사했습니다. 그 결과 유전자로 예측한 혈중 철분 농도가 증가할수록 오래 생존할 가능성이 낮은 것으로 나타났습니다. 이것이 유전자 자체 때문인지 아니면 높은 혈중/체내 철 농도 때문인지는 명확하지 않지만, 높은 혈중 철 농도가 꼭 좋은 뜻이 아니라는 것을 시사하는 결과입니다.   연구팀은 이 데이터를 근거로 건강한 사람이 영양제나 종합 비타민제를 통해 과도한 철분을 섭취할 이유는 없다고 주장했습니다. 어쩌면 높은 철 농도가 조기 사망 위험도를 높일지도 모르기 때문입니다. 그러나 임산부나 빈혈 환자 등 진짜 철분이 필요한 사람들까지 철분 섭취를 꺼릴 필요가 없다는 점도 강조했습니다. 연구 내용은 정상보다 높은 혈중 철농도가 오래 유지되는 경우를 가정한 것으로 본래 철분 부족이 있는 사람을 대상으로 한 것이 아니기 때문입니다. 낮은 철분 농도와 빈혈이 건강에 미치는 악영향은 이미 잘 알려져 있기 때문에 철...
댓글 쓰기
자세한 내용 보기