보이지 않는 것을 비춰보는 "투시" 기술은 현재 진행되고있는 것 같다. 이것을 사용하면, 투시 능력을 가진 초능력자의 기분을 맛볼지도 모른다.
미국 스탠퍼드 대학의 연구 그룹이 개발 한것은, X선을 사용하지 않는 X선과 같은 장치다. 자동 운전 자동차가 주변 상황을 인식하는 시스템을 더욱 발전시켜, 산란되어 버린 빛의 입자의 움직임을 알고리즘으로 분석. 여기에서 배후의 풍경을 3차원으로 재현한다.
비와 안개로 시야가 한정되어 버린 상황에서도 안전한 자동 운전을 가능하게하거나, 두꺼운 구름으로 덮여있는 행성 표면의 관찰을 가능하게 하는 기술이다.
◆ 원격 감지 기술의 천적은 빛의 산란
향후 보급이 기대되고있는 자동 운전 차량 등은 "라이더(LiDAR)"라는 원격 탐사 기술로 주위의 3차원 환경을 감지하고 있다.
이것은 이른바 전파를 이용하는 레이더를 빛으로 옮겨 놓은 것 같은 기술로, 레이저를 조사하여, 반사되어 돌아온 빛을 측정하여 주변 상황을 감지한다.
그러나 라이더에는 천적과 같은 물리적 현상이있다. 바로 "산란"이다. 예를 들어 구름이나 안개, 또는 비나 먼지 같은 것이 빛을 조각 조각으로 흐트러놓으면, 반사 된 빛을 잘 인식하지 못해 환경을 인식 할 수 없게되어 버린다.
의료용의 이미징 기술에 있어서도 큰 문제로, 생체 조직이 빛을 산란시켜 버리는 덕분에, 예를 들어 신경 세포 등을 고해상도로 촬영하는 것이 어려워진다.
◆ 산란 과정을 알고리즘 모델링
연구진이 개발 한 "공 초점 산란 단층 촬영(Confocal Diffuse Tomography/CDT)"는, "레이저", 산란을 모델링하는 "알고리즘", 명중 한 모든 광자를 감지하는 "초 고감도 광자 검출기"를 결합한 시스템이다.
<두께 2.5cm의 폴리 우레판 폼 너머로 레이저를 조사. 반사되어 돌아온 약간의 광자를 잡는다>
예를 들어 폴리 우레탄 폼과 같은 산란 물질의 판에 레이저를 조사했다고하자. 그러면 레이저를 구성하는 빛의 입자("광자")는 산란되어 버리지만, 속에는 판에 의하여 경로를 방해하면서도 거기를 지나 뒤에 있는 물체에 반사되어 다시 판을 통과하여 돌아온다는....
이러한 아주 작은 광자를 초 고감도 검출기로 잡으면, 그 산란 과정을 알고리즘으로 모델화. 이것을 역전하는 것으로 뒤에 숨겨진 물체를 3차원으로 재현한다.
이러한 산란이 발생하는 환경에서 물체를 감지하는 시스템은 지금까지도 있었다.
<검사중인 모습. 폴리 우레탄 폼에 흩어지면서도 무사히 돌아온 약간의 광자를 포착하고, 그 경로를 역산하여 배후의 S자를 재현>
그러나 기존의 시스템에서는, 검출하려는 물체의 거리를 미리 파악해 둘 필요가있고, 스캔 할 수있는 거리가 제한되어 있거나했다. 또한 탄도 광자(산란 장소를 통과하고 있지만, 실제로는 산란되지 않은 광자)밖에 사용할 수 없다는 문제점도 있었다.
그러내 새로 개발 된 CDT는, 그런 점은 극복하고있다. 게다가 노트북으로 알고리즘을 실시해도, 실시간으로 숨겨진 부분을 재현 할 수있을 만큼 효율성이 높다.
실험에서는 두께 2.5cm의 폴리 우레탄 폼 뒤에 S 자 물체를 3차원으로 재현하는 데 성공했다고한다.
◆ 자동 운전 자동차 및 우주 탐사에 사용
CDT는 예를 들어 자동 운전 차량에 적용함으로써, 비와 안개가 낀 날씨에도 안전한 주행을 실현할 수 있게된다.
또한, 장래적으로는 우주 탐사 분야에서 활약이 기대된다는 것. 두꺼운 대기에 싸여 밖에서는 지표를 확인할 수 없는 행성이나 위성도, 그 아래의 모습을 관찰 할 수 있게 될 것이라고한다.
이 연구는 "Nature Communications"에 게재되었다.
