Pesquisadores do Instituto de Tecnologia de Pequim desenvolveram um microfone que não detecta vibrações no ar como os microfones tradicionais, mas em vez disso captura a luz refletida em movimentos sutis da superfície. O novo dispositivo, denominado “microfone visual”, baseia-se na resposta de uma superfície às ondas sonoras, usando essas pequenas vibrações para reconstruir informações audíveis.
Este avanço abre a possibilidade de ouvir em ambientes difíceis de conseguir com microfones tradicionais, como comunicar através de janelas de vidro ou monitorizar sons num espaço isolado sem transmitir diretamente o som.
“Nosso método simplifica o processo de utilização da luz para captar som, reduz custos e também pode ser aplicado em cenários onde os microfones tradicionais não funcionam, como falar através de uma janela de vidro”, explicou Yao Xuri, pesquisador principal do projeto. "Enquanto a luz puder passar, a transmissão do som não será necessária."
Tentativas anteriores de usar luz para capturar som dependiam de equipamentos complexos e caros, como lasers ou câmeras de alta velocidade. A equipe adotou uma abordagem diferente. Seu sistema usa uma tecnologia chamada imagem de pixel único, que elimina a necessidade de sensores de câmera com milhões de pixels. Em vez disso, utiliza padrões de luz estruturados projetados por um único detector de luz e modulador de luz espacial.
Essencialmente, a tecnologia funciona lançando luz manipulada sobre um alvo e capturando pequenas mudanças no brilho refletido à medida que o alvo vibra em resposta a sons próximos. Essas pequenas mudanças de intensidade são detectadas e convertidas novamente em sinais sonoros por meio de algoritmos computacionais. Essa abordagem não apenas reduz custos e complexidade, mas também torna a tecnologia mais prontamente disponível.
O professor Yao disse: "Ao combinar imagens de pixel único com métodos de posicionamento baseados na transformada de Fourier, somos capazes de obter detecção de som de alta qualidade a um custo mais baixo usando equipamentos mais simples. Nosso sistema é capaz de realizar detecção de som usando objetos do cotidiano, como cartões de papel e folhas sob condições de iluminação natural, e não requer superfícies vibratórias para refletir a luz de uma maneira específica. "
Os pesquisadores reconstruíram o sinal de áudio imaginando as vibrações de um cartão de papel (ac). Eles aplicaram filtros de processamento de sinal para aprimorar o conteúdo de alta frequência (df) do sinal.
Para demonstrar as capacidades do sistema, os pesquisadores testaram materiais comuns, como cartões de papel e folhas, e os colocaram a cerca de meio metro de distância de fontes de áudio, como alto-falantes tocando dígitos falados e clipes musicais. O microfone visual recriou com sucesso um áudio claro e inteligível, especialmente ao usar cartões de papel. Os sons de baixa frequência foram capturados com grande precisão, enquanto os sons de alta frequência sofreram alguma distorção – uma limitação que a equipe aliviou parcialmente usando técnicas de processamento de sinal.
A configuração também é eficiente em termos de dados, produzindo um fluxo de dados modesto de cerca de 4 MB por segundo, tornando-a adequada para gravação contínua ou de longo prazo e adequada para armazenamento ou transferência pela Internet.
Os pesquisadores prevêem aplicações para a tecnologia em uma variedade de indústrias, incluindo comunicações através de barreiras sólidas, monitoramento ambiental remoto, observação médica não invasiva e diagnósticos industriais avançados.
O professor Yao destacou: “Atualmente, essa tecnologia ainda está em fase de laboratório e pode ser utilizada em cenários especiais onde os microfones tradicionais não funcionam”. A equipe está atualmente trabalhando para melhorar a sensibilidade e a precisão, e para desenvolver uma versão mais portátil do sistema e expandir seu alcance de detecção para alcançar detecção de som de longa distância.
Olhando para o futuro, os investigadores veem potencial para além do laboratório – desde a deteção de batimentos cardíacos e pulsações à distância até à ajuda em operações de busca e salvamento onde os microfones não podem ser implantados diretamente. Por enquanto, o sistema representa uma nova forma de “escutar” com a luz, abrindo a possibilidade de comunicação e monitoramento em ambientes fora do alcance dos microfones tradicionais.