Amerikaanse onderzoekers ontwikkelden een nieuwe methode – synthetische golflengteholografie – waarmee ze door ondoorschijnende voorwerpen kunnen kijken.

Een ongeluk zit in een klein hoekje. Dat hielden de natuurkundigen van de Northwestern University in Illinois in hun achterhoofd tijdens de ontwikkeling van hun nieuwe techniek. Florian Willomitzer en zijn collega’s gebruiken lichtgolven en complexe algoritmen om objecten achter allerlei obstakels te kunnen waarnemen. Zo lijkt het net alsof we door ondoorzichtige objecten kunnen kijken. In het wetenschappelijk blad Nature Communications beschrijven ze hoe de zogeheten synthetische golflengteholografie het onzichtbare zichtbaar maakt.

Lees ook:

• Wanneer is een hologram écht een hologram?
• Vijf gratis lichtshows aan de hemel
• Hoe meet je de lichtsnelheid?

Non-line-of-sight (NLoS)

Als licht een ondoorzichtig object raakt, wordt het verstrooid. Daarom zien we op dat moment wél het ondoorschijnende object, maar niet meer wat daarachter staat. In een relatief nieuw onderzoeksveld, non-line-of-sight (NLoS), proberen wetenschappers het beeld te reconstrueren dat zich verschuilt achter deze zogeheten verstrooiingsmedia. Willomitzer en zijn collega’s deden dat op een creatieve manier: met nóg meer verstrooiingsmaterialen.  

Nieuwe methode

iDat klinkt ingewikkeld – en dat is het ook – maar het onderzoek is eigenlijk gebaseerd op een redelijk simpel en herkenbaar principe. Je bent tijdens je vakantie vast weleens een verkeersspiegel tegengekomen in een haarspeldbocht. De spiegel reflecteert het licht om de hoek naar jouw ogen, zodat je tijdig tegemoetkomend verkeer ziet aankomen.

Als we de spiegel vervangen door een ondoorzichtig materiaal als steen, spatten de lichtstralen daarop uiteen. We zien dan niet meer wat er om de hoek gebeurt, maar Willomitzer en zijn collega’s wel. Zij voegen de lichtgolven van twee lasers samen, om zo een zogenoemde synthetische lichtgolf te creëren. In tegenstelling tot normale lichtgolven, is een synthetische straal immuun voor verstrooiing.

De synthetische lichtgolf weerkaatst daarom net zoals een normale lichtgolf op de verkeersspiegel zou doen. Dus een sensor zendt een synthetische lichtbundel uit, die botst op het stuk steen en vervolgens op het object dat om de hoek staat. De lichtstraal kaatst vanaf dat object via dezelfde weg terug de detector in en wordt door algoritmen omgezet in een driedimensionaal beeld: een hologram. Voor zo’n hologram hebben we dus géén spiegel nodig, maar wel een tweede ondoorzichtig object waar het synthetische licht tegen aan kan botsen.

Volgens Willomitzer verandert de techniek “muren in spiegels.” En met die spiegels kunnen we onder meer zien wat zich schuilhoudt achter de rotsen op weg naar Tirol.

In de praktijk

Synthetische lichtgolven kunnen wij niet met het blote oog zien. Geavanceerde algoritmen moeten de data van deze lichtgolven eerst omzetten tot iets dat onze ogen wél kunnen waarnemen. Bijzonder aan deze methode is dat dat beeld al binnen 46 milliseconden wordt geproduceerd. Dat is snel genoeg om  bewegende objecten te detecteren, iets wat tot nu toe nog niet mogelijk was.

Met deze verbetering kunnen verkeersspiegels uiteindelijk vervangen worden door bewegende hologrammen. In de toekomst kunnen we interfaces verwachten die het beeld om de hoek samenvoegen met ons eigen zicht, zodat het lijkt alsof we door blokkerende objecten heen kijken.

Maar Willomitzer laat weten dat de techniek in oneindig veel situaties gebruikt kan worden. Denk aan het op veilige afstand onderzoeken van gevaarlijke industriële apparaten. Zelfs medische inspecties zouden anders ingericht kunnen worden. Voor een darmonderzoek is dan geen endoscoop meer nodig.

De technologie heeft dus veel potentie, maar het duurt nog wel even voor het in praktijk wordt gebracht. De onderzoekers denken het op zijn minst tien jaar zal duren voor de methode objecten in het dagelijks leven aan het licht brengt.

Bronnen: New Atlas, Nature Communications

Beeld: Northwestern University