Immagini nel buio: ecco il nuovo progetto MISPIA
A Milano è appena stato lanciato un nuovo progetto finanziato dall'Unione europea dedicato alla produzione di immagini in condizioni di scarsa luminosità. Il progetto MISPIA ("Microelectronic single-photon 3D imaging arrays for low-light high-speed safety and security applications"), che ha ricevuto un finanziamento di 2,6 milioni di euro in riferimento alla tematica dedicata alle tecnologie dell'informazione e della comunicazione (TIC) del Settimo programma dell'UE, riunisce le competenze di scienziati e ingegneri in 20 paesi per mettere a punto dispositivi di imaging all'avanguardia dotati di diverse applicazioni. I dispositivi dovrebbero servire anche per la prevenzione degli incidenti stradali. È in crescita la domanda di dispositivi in grado di catturare immagini ad alta definizione anche in condizioni di luce molto ridotta o a distanze significative. Oggi, una vasta serie di telecamere high end offre immagini ad alta risoluzione ma in commercio non vi sono ancora dispositivi in grado di offrire contemporaneamente grande velocità ed elevata sensibilità. I modelli caratterizzati da una sensibilità analoga a quella a fotone singolo hanno bisogno di un periodo di raffreddamento e hanno una frequenza dei fotogrammi relativamente bassa. I partner del progetto MISPIA stanno lavorando allo sviluppo di nuovi dispositivi utilizzando chip sensibili alla luce fino a un singolo fotone (particella di luce) che siano in grado di inviare un segnale nell'arco di pochi picosecondi quando il fotone entra in contatto con il dispositivo. La tecnologia SPAD ad elevata sensibilità (diodo a valanga a singolo fotone) consentirà ai ricercatori di contare i singoli fotoni e di etichettarli con il loro tempo di arrivo. Accanto a una frequenza dei fotogrammi decisamente elevata (migliaia di immagini per secondo) e un'elaborazione dei pixel intelligente sulla base di profondità e intensità, questa caratteristica permetterà ai nuovi dispositivi di creare immagini bi- e tridimensionali complete di scene in movimento che avvengono al buio. Il progetto MISPIA utilizzerà la tecnologia CMOS (complementary metal-oxide-semiconductor), utilizzata per costruire i circuiti integrati dei sensori ottici in modo da utilizzare una quantità relativamente ridotta di energia e da limitare la dispersione di calore. I ricercatori inoltre utilizzeranno in modo rivoluzionario la tecnologia silicio su isolante (silicon-on-insulator - SOI) applicata alla tecnologia CMOS, ovvero una tecnica di produzione che migliora la performance riducendo la perdita di corrente elettrica verso i componenti del circuito adiacenti. Si ritiene che eventuali progressi nella tecnologia CMOS possano contribuire a ridurre i costi di produzione. Il team di ricercatori intende sviluppare due principali applicazioni per la produzione di immagini 3D. La prima di queste applicazioni sarà utilizzata sulle autovetture per i sistemi di sicurezza pre-crash, dove, analizzando l'area che si estende per 50 metri davanti e dietro al veicolo inviterà il conducente a reagire nel momento in cui rileverà eventuali problemi. Un sistema, questo, che potrebbe rivelarsi particolarmente utile nelle ore notturne, quando i fari dell'autovettura potrebbero non essere sufficienti per illuminare un pericolo imminente. La seconda applicazione, invece, che sarà più complessa e avrà un raggio di azione di circa un chilometro, verrà utilizzata nell'ambito della sorveglianza di sicurezza. I partner del progetto MISPIA ritengono che la tecnologia a raggi SPAD che hanno sviluppato, così come i chip destinati alla creazione di immagini bi- e tridimensionali possano inaugurare un'era del tutto nuova nel campo della fotonica in silicio e all'imaging basato sulla microelettronica. I ricercatori auspicano che il loro lavoro possa accrescere la competitività europea in questo settore rispetto a Canada, Giappone e Stati Uniti, in modo particolare nella produzione e nell'impiego di sistemi e chip per telecamere veloci ad altissima sensibilità. All'incontro di lancio del progetto, i membri di MISPIA hanno parlato dei requisiti, delle specifiche e dei limiti dei dispositivi proposti. Il consorzio, coordinato dal Professor Franco Zappa del Politecnico di Milano, comprende sette istituti di ricerca di grande rilievo. Tra questi: Fraunhofer-Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung (Germania), Heriot-Watt University (Regno Unito), Micro Photon Devices (Italia), Centro Ricerche Fiat (Italia) ed EMZA Visual Sense (Israele).
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