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Los píxeles sensibles a la luz y las cámaras que hacen posibles han transformado la vida moderna. Las cámaras son omnipresentes. Los teléfonos inteligentes suelen tener varios, y las calles, tiendas y negocios (incluso nuestros hogares) están repletos de ellos. El ser humano se ha acostumbrado a la idea de que estos dispositivos lo graban constantemente cada vez que sale de su casa y muchas veces mientras se encuentra dentro de ella.

Pero la ubicuidad de las cámaras tiene límites y uno de ellos es el seguimiento ocular. La capacidad de rastrear la posición y el ángulo del globo ocular tiene una amplia gama de aplicaciones, desde dispositivos de realidad virtual hasta seguimiento de anuncios, sistemas de seguridad para conductores y más.

El problema es que colocar una cámara delante de los ojos tiende a bloquear la vista. Y montarlos más lejos los hace menos precisos, más voluminosos y, a menudo, consumen más energía debido al procesamiento de datos adicional que requieren. Esto ha limitado su utilidad en muchas situaciones.

Sensores ocultos

Lo que necesitan los rastreadores oculares es una forma de ocultar los píxeles sensibles a la luz a plena vista.

Ingrese a Gabriel Mercier del Instituto de Ciencia y Tecnología de Barcelona en España y sus colegas que han construido fotodetectores transparentes que pueden hacer que las cámaras sean más o menos invisibles. Probaron su dispositivo y demostraron que podría permitir una nueva generación de dispositivos de seguimiento ocular integrados en objetos comunes como lentes de gafas, monitores de computadora y ventanas. «El funcionamiento y la apariencia de los sensores de imagen transparentes presentan un cambio fundamental en nuestra forma de pensar sobre las cámaras y las imágenes, ya que estos dispositivos pueden ocultarse a plena vista», afirman.

La tecnología que hace transparentes los píxeles sensibles a la luz son los fotodetectores hechos de puntos cuánticos basados ​​en grafeno. Estos dispositivos consisten en una capa de grafeno (una lámina bidimensional de átomos de carbono en formación de “alambre de gallinero”) cubierta con puntos de sulfuro de plomo. Cuando son golpeados por fotones, los puntos emiten electrones que fluyen a través de la hoja de grafeno para producir una corriente.

Todo el dispositivo es esencialmente transparente porque la mayor parte de la luz pasa a través del grafeno y los puntos son demasiado pequeños para verlos. La electrónica de conexión también se puede hacer en gran medida transparente, de modo que todo el conjunto de fotodetectores transmita hasta el 95 por ciento de la luz que incide en él.

Otra ventaja de los píxeles de grafeno es que producen una corriente relativamente grande. Eso significa que la señal se puede transmitir a distancias relativamente largas antes de que sea necesario amplificarla.

Otros conductores orgánicos que son sensibles a la luz producen señales más pequeñas que necesitan una amplificación inmediata. Por lo tanto, la electrónica amplificadora, que no es transparente, debe estar cerca de los píxeles. Esto ocupa espacio que de otro modo se utilizaría para detectar fotones y también reduce la transparencia de la matriz.

Es por eso que las matrices de píxeles transparentes aún no funcionan bien.

Por el contrario, Mercier y sus compañeros afirman que sus dispositivos electrónicos amplificadores se pueden apartar de forma segura. Eso significa que la matriz se puede imprimir en lentes de gafas donde se ubica directamente frente al ojo, sin obstruir la vista.

Para probar su dispositivo, Mercier y sus compañeros proyectaron patrones en escala de grises en la matriz y compararon la salida con la de un sensor de imagen convencional.

Encontraron resultados prometedores. Para el seguimiento ocular, los sensores necesitan una frecuencia de actualización de al menos 200 Hz y el equipo registró que el dispositivo funcionaba a más del doble de esta frecuencia mientras producía imágenes confiables. «Se ve claramente que la mayoría de los patrones pueden reconstruirse mediante el dispositivo de imágenes», afirman.

Continuaron simulando el seguimiento ocular proyectando un punto negro en la matriz y utilizando la salida para rastrearlo.

Registro visual

Es un trabajo interesante con aplicaciones potencialmente poderosas. «El seguimiento ocular tiene una amplia gama de usos, como detectar esquizofrenia, medir la comprensión de textos o la experiencia de conducción, al tiempo que permite una mejor comprensión de la memoria y las elecciones comerciales», afirman Mercier y compañía. «El seguimiento ocular proporciona una interfaz persona-computadora que puede permitir el control táctil y sin gestos de los sistemas de información y entretenimiento de los automóviles, y también está señalado como una tecnología clave que permite la realidad virtual y aumentada omnipresente».

Por supuesto, hay desafíos por delante. Estos conjuntos carecen de lentes y, por lo tanto, dependen de imágenes proyectadas. Esto podría funcionar muy cerca de los ojos, sobre todo porque las matrices son sensibles a la luz infrarroja que podría proyectarse sobre el ojo sin que el usuario se dé cuenta.

Una alternativa es utilizar técnicas de imágenes de un solo píxel, que forman imágenes a partir de luz aleatoria que incide sobre un único fotodetector. Esto requiere altas frecuencias de actualización para imágenes de alta resolución. Pero Mercier y sus compañeros dicen que, en teoría, su dispositivo podría funcionar a una frecuencia de actualización de 20.000 fotogramas por segundo. La obtención de imágenes de un solo píxel también requiere una potencia computacional significativa, pero esto podría realizarse lejos del campo de visión.

De cualquier manera, las cámaras transparentes tienen un potencial significativo. Espere verlos, o no, en un futuro no muy lejano.


Ref: Sensores de imagen semitransparentes para aplicaciones de seguimiento ocular: arxiv.org/abs/2403.08297