Wang Qijie, Professor Assistente da School of Electrical & Electronic Engineering do NTU. Fotografia: NTU. Fonte: Gizmag.
Grafeno: a Nova Panaceia
O novo sensor é capaz de detectar um espectro luminoso maior, desde a faixa do visível até o infravermelho médio, com grande sensibilidade. Isso torna o grafeno o componente ideal para uso em todos os tipos de câmeras, incluindo as câmeras com tecnologia infravermelho, câmeras de segurança de tráfego nas estradas (além das câmeras acopladas aos radares automáticos que multam os veículos que excedem o limite permitido de velocidade), imagens de satélite e muito mais. De acordo com o NTU, essa tecnologia irá permitir que fotógrafos possam produzir imagens muito mais claras em condições precárias de luminosidade, e no quesito de produção em massa, especula-se que os sensores de grafeno serão até cinco vezes mais baratos que os atuais sensores de câmera no mercado global.
A pesquisa foi liderada por Wang Qijie, Professor Assistente da School of Electrical & Electronic Engineering do NTU, e comandou a equipe nessa pesquisa por dois anos. "Nós mostramos que agora já é possível criar sensores fotográficos baratos, sensíveis e flexíveis, apenas usando o grafeno. Nós esperamos que nossa inovação irá trazer grande impacto não apenas para a imagem do consumidor na indústria, mas também nas imagens via satélite e nas indústrias de comunicação, assim como nas aplicações do infravermelho médio", disse Wang.
Até a Implementação é Barata
O que é claramente excitante para a indústria de câmeras digitais é o quão pouco precisa ser feito para introduzir o grafeno nos sensores CMOS existentes. "Enquanto projetávamos esse sensor, nós mantivemos as práticas correntes de produção em mente", explicou Wang. "Isso significa quer a indústria pode, em princípio, continuar produzindo sensores de câmera utilizando o processo CMOS, que é a tecnologia predominantemente usada pela maioria das fábricas na indústria de eletrônicos. Assim sendo, os fabricantes podem de forma fácil substituir a base de material corrente dos sensores fotográficos com o nosso novo material nanoestruturado a base de grafeno".
Nano-Estruturas de grafeno
O grafeno é um material composto puramente por átomos de carbono na forma de uma malha de padrão hexagonal. A estrutura possui a espessura de apenas um átomo do mineral grafite, sendo um milhão de vezes mais fino que um fio de cabel humano, além de possuir uma alta condutividade elétrica e ser super-leve. Por exemplo, um metro quadrado de uma folha de grafeno pesaria apenas 0,77 mg (miligramas).
E a inovação dessa tecnologia de sensores não para por ai, Wang também descobriu uma nova maneira de criar nanoestruturas de grafeno que "aprisiona" luz geradas por elétrons por um longo período de tempo, traduzindo a mesma em um sinal elétrico forte. Esses sinais elétricos são então processados na forma de uma imagem, como uma fotografia capturada por uma câmera digital.
Os "elétrons aprisionados" são a chave para alcançar uma foto-resposta alta no grafeno, tornando o mesmo muito mais eficiente que os sensores de imagens normais como o CMOS e o CCD. Essencialmente, quanto mais forte forem os sinais elétricos gerados, mais clara e nítida será a fotografia.
"O desempenho de nosso sensor de grafeno ainda pode ser melhorado, como o tempo de resposta, através da engenharia de nano-estrutura do grafeno, e resultados preliminares já verificaram a viabilidade de nosso conceito", afirmou Wang.
Camera ISO
Por que isso é tão excitante para a indústria fotográfica? O Camera ISO é um dos três pilares da fotografia (os outros dois são abertutra e velocidade do obturador). Em termos simples, o ISO é o nível de sensibilidade do sensor de imagem de sua câmera para a luz disponível. A maioria das pessoas que tiram fotos provavelmente nunca ajustaram as configurações de ISO de suas câmeras, então é necessário uma explicação prévia: Essencialmente, quanto menor for a configuração do ISO, menor a sensibilidade de sua câmera para a luz, criando imagens de alta qualidade, enquanto um alto ISO aumenta a sensibilidade do sensor de sua câmera para a luz, permitindo que imagens sejam capturadas em ambientes com pouca iluminação sem o uso do flash. Porém, a alta sensibilidade tem um preço - ela adiciona grânulos ou "ruídos" para as imagens.
Comparação do ISO entre fotografias de esportes. Fotografia: Colin Dunjohn. Fonte: Gizmag.
Mas é claro que, nem todo grânulo é prejudicial e nós sempre vemos o uso criativo do mesmo em fotografias em preto e branco (B&W). Mas se você precisa fotografar esportes em um ambiente com pouca iluminação (a exemplo, dentro de um estádio), no intuito de tirar uma fotografia "congelada", você precisa tirar a foto com uma abertura larga (com f 2.8 ou inferior) e tentar manter a velocidade do seu obturador acima de 500. E a única maneira de fazer isso é aumentar o ISO e viver com as imagens granuladas resultantes. Já com o sensor a base de grafeno do Professor Assistente Wang, ser mais sensitivo irá negar a necessidade de aumentar o ISO em ambientes com pouca iluminação, reduzindo ou eliminando completamente os grânulos de suas imagens.
Os equipamentos da Canon e Nikon, em particular, tem competido no mercado entre si para desenvolver os maiores níveis de ISO com a menor nível de granulação desde o início da era da fotografia digital, e sem dúvida isso vai aumentar com essa nova tecnologia. Wang já registrou a patente para sua invenção através do Nanyang Innovation and Enterprise Office do NTU, e planeja encontrar parceiros na indústria para o desenvolvimento comercial de um sensor de grafeno. E, acredita-se, em menos de 5 anos já teremos máquinas fotográficas digitais com esses sensores em todas as prateleiras de mercado.
Saiba Mais:
- Gizmag: Graphene-based image sensor to enhance low-light photography (em Inglês)