David Norris e il suo team dell’Optical Materials Engineering Laboratory presso l’ETH di Zurigo hanno sviluppato una tecnologia che mette in crisi la storica separazione funzionale dei dispositivi digitali: un pixel bidirezionale in grado di emettere e catturare la luce contemporaneamente. Lo studio, guidato insieme ai ricercatori Yannik Glauser e Sander Vonk, è stato pubblicato sulla rivista Nature.
La novità sposta i confini della micro-ottica, combinando funzioni che da quasi un secolo — da quando il termine “picture element” fece la sua comparsa sulla rivista Wireless World — sono rimaste separate. Nei display tradizionali i pixel generano immagini emettendo luce; nei sensori delle fotocamere la assorbono per registrarle. Il nuovo dispositivo, battezzato Fourier pixel, fa entrambe le cose all’interno di un’unica microscopica unità.
Il segreto risiede nella manipolazione fisica della luce su scala nanometrica, sfruttando i principi dell’interferenza e della matematica di Fourier. I ricercatori hanno scolpito la superficie del chip creando una microstruttura ondulata con una precisione di pochissimi nanometri. Quando la luce colpisce questa superficie, si trasforma in un’onda che viaggia lungo il materiale e viene poi reimmessa verso l’esterno secondo uno schema geometrico predefinito. Le onde luminose che si incrociano si sommano o si cancellano a vicenda, generando l’immagine voluta.
Il processo funziona anche al contrario.
Facendo viaggiare la fisica del sistema all’indietro, la stessa identica struttura analizza la luce in entrata. Il Fourier pixel non si limita a misurare la semplice luminosità: è in grado di decodificare la fase, l’oscillazione e la polarizzazione dei campi luminosi vettoriali, raccogliendo dettagli che sfuggono ai sensori ordinari. Il sistema ha dimostrato di poter modellare e leggere persino fasci di luce esotici, come quelli a forma di ciambella, operando su diverse lunghezze d’onda e colori.
La pubblicazione della ricerca ha immediatamente innescato reazioni contrastanti online, divise tra il fascino per le potenziali applicazioni pratiche e l’inquietudine legata alla privacy. Se da un lato l’idea di uno schermo in grado di fungere da sensore fotografico risolverebbe problemi di design — come l’eliminazione dei fori per le fotocamere frontali negli smartphone o la possibilità di guardarsi direttamente negli occhi durante una videochiamata —, dall’altro su piattaforme come Reddit molti utenti hanno evocato lo spettro dei “telescritti” orwelliani di 1984, i televisori a due vie capaci di spiare i cittadini.
La tecnologia si trova in ogni caso in una fase iniziale di sviluppo in laboratorio e i margini per un’applicazione commerciale immediata sono ancora ridotti. Al momento, i Fourier pixel richiedono una sorgente di luce laser per funzionare e mostrano configurazioni d’immagine fisse, molto distanti dalla flessibilità dinamica di un display commerciale.
L’architettura stabilita dal team di Zurigo apre però una strada concreta verso l’ottica adattiva, le comunicazioni ottiche avanzate e i display olografici del futuro. Schermi in grado di autobilanciarsi e modificarsi in tempo reale, elaborando autonomamente gli stimoli visivi dell’ambiente circostante senza dover necessariamente inviare i dati a un computer centrale.
Tradotto in termini pratici: lo schermo del telefono smette di essere una barriera passiva che proietta immagini. Diventa una superficie ottica attiva che interagisce con lo spazio, analizzando la luce che riceve dal mondo esterno e rispondendo quasi istantaneamente con un proprio schema luminoso.
