연구원들은 "보이지 않는 것을 볼" 수 있는 새로운 고해상도 카메라를 발명했다. 카메라는 산란광을 활용하여 모서리 주변을 볼 수 있으며 잠재적으로 피부를 통해 볼 수도 있어 의사가 인체 내부의 장기를 관찰할 수 있다.

카메라는 보이지 않거나 보이지 않는 물질로 둘러싸인 물체를 묘사하는 비시야 이미징(non-line-of-sight imaging)이라는 새로운 과학 분야 연구의 발전을 나타낸다.

노스웨스턴 대학의 플로리안 윌로미처(Florian Willomitzer) 연구원은 “우리 기술은 이미징 기능의 새로운 물결을 불러일으킬 것”이라고 말했다. "우리의 현재 센서 프로토타입은 가시광선 또는 적외선을 사용하지만 그 원리는 보편적이며 다른 파장으로 확장될 수 있다."

팀이 사용하는 방법은 가슴을 관통하는 심장 박동이나 길모퉁이에서 과속하는 자동차와 같이 빠르게 움직이는 물체를 이미지화할 수 있는 가능성도 있다.

Willomitzer는 Nature Communications 저널에 발표된 카메라 개발에 대해 자세히 설명하는 논문의 저자이다.

어떻게 작동할까?

카메라는 숨겨진 물체에 떨어지는 빛을 간접적으로 산란시켜 작동하고 이 빛은 카메라로 다시 산란된다. 이것은 모서리 주위를 볼 때 벽과 같이 물체를 가리는 표면을 거울로 사용하여 숨겨진 물체에 빛을 반사시킨 다음 다시 카메라로 반사시키는 것을 의미한다.

일단 거기에 도달하면 알고리즘은 빛 신호를 재구성하고 숨겨지거나 가려진 대상의 홀로그램 표현을 만든다. 이 방법은 합성 파장 홀로그래피(SWH)로 알려져 있다.

©Florian Willomitzer/노스웨스턴 대학교/보이지 않는 것을 볼 수 있는 새로운 홀로그램 이미징 방법을 테스트하기 위해 노스웨스턴 대학교 연구원 팀이 사용하는 물체. 플로리안 윌로미처/노스웨스턴 대학교

즉, 빛을 차단할 수 있으면 빛이 물체에 도달하는 데 걸린 시간을 결정할 수 있다. 거기에서 숨겨진 물건을 드러내는 이미지를 만들 수 있다. 처음에 들리는 것보다 더 어려운 것이다.

Willomitzer는 "팀이 개발한 카메라는 물체와 카메라 사이에 일종의 장벽이 있어야만 물체를 볼 수 있다는 것을 의미한다. 이 기술은 벽을 거울로 만든다."라고 말했다. "광속보다 빠른 것은 없다. 따라서 고정밀로 빛의 이동 시간을 측정하려면 매우 빠른 감지기가 필요하다."

이와 같은 탐지기가 저렴하지 않기 때문에 노스웨스턴 대학교 팀은 합성 광파를 생성하는 두 개의 레이저에서 나오는 광파를 병합하여 이 기술의 필요성을 없앴다. 이것은 다양한 산란 시나리오에서 홀로그램 이미징에 특별히 맞춤화될 수 있다.

"홀로그램에서 물체의 전체 라이트 필드를 캡처할 수 있다면 물체의 3차원 모양을 전체적으로 재구성할 수 있다."라고 Willomitzer가 설명했다. "우리는 일반 광파 대신 합성 파를 사용하여 모퉁이를 돌거나 산란체를 통해 이 홀로그램 이미징을 수행한다."

"기술이 밤과 안개가 낀 기상 조건에서도 작동할 수 있기 때문에 더 좋아진다."

이는 이 시스템이 산악 도로와 같은 위험한 조건에서 운전하는 여행자에게 이상적일 수 있음을 의미한다.

인체 내부 보기

모퉁이를 돌아보는 문제는 인체의 장기를 들여다보는 것과 매우 다른 것처럼 보일 수 있지만 Willomitzer는 두 가지 모두 물체를 숨기는 방식으로 빛이 산란되는 것과 관련이 있다고 지적한다.

Willomitzer는 "손으로 손전등을 비추려고 시도한 적이 있다면 이러한 현상을 경험한 것"이라고 말했다. "당신은 당신의 손 반대편에 밝은 점이 보이지만, 이론적으로 당신의 뼈에 의해 드리워진 그림자가 있어야 뼈의 구조가 드러난다."

대신 Willomitzer는 뼈를 통과하는 빛이 조직 내에서 모든 방향으로 산란되어 그림자 이미지를 완전히 흐리게 만든다. 이는 팀이 개발한 카메라가 표면을 가리는 산란을 사용하는 것처럼 해당 산란을 사용할 수 있음을 의미한다.

결과적으로 언젠가는 환자의 몸에 삽입해야 하는 내시경과 같은 방해적인 상상 방법을 대체할 수 있다.

팀은 이 기술이 지구 안팎에서 이 외에도 다양한 응용 분야에서 유용할 수 있다고 믿는다.

Wilomitzer는 "우주 탐사 또는 수중 음향 이미징을 위한 전파에도 동일한 방법을 적용할 수 있다. 많은 영역에 적용할 수 있으며 우리는 표면을 긁었을 뿐이다"라고 말했다.