Visão noturna inspirada nas cobras enxerga infravermelho em 4K

Redação do Site Inovação Tecnológica - 12/12/2025

Arquitetura e mecanismo operacional da visão termal inspirada nas cobras (em cima). Embaixo, esquema da visão artificial através da integração de sensores de silício CMOS com conversores ascendentes de infravermelho para visível, possibilitando a visualização no escuro.
[Imagem: Ge Mu et al. - 10.1038/s41377-025-02001-x]

Visão térmica

Em relação aos humanos, as cobras têm um superpoder: Órgãos sensoriais especializados permitem que elas enxerguem radiação infravermelha, ou calor, detectando imagens térmicas de outros animais mesmo na escuridão total.

A sociedade moderna valorizaria muito essa capacidade de enxergar o invisível, para visão noturna, para uso em veículos com direção autônoma, para detectar defeitos em linhas de produção industrial e muito mais.

Já existem vários sistemas de imagem infravermelha para isso, mas eles ainda não poderiam ser chamados de "superpoderosos". Feitos de materiais caros, como o semicondutor arseneto de índio-gálio (InGaAs), e dependendo de grandes sistemas de resfriamento criogênico, é muito difícil miniaturizá-los o suficiente para torná-los baratos e práticos para a maioria das aplicações.

Para superar essas deficiências, Ge Mu e colegas do Instituto de Tecnologia de Pequim, na China, se valeram então de outra tecnologia que já é onipresente, barata e miniaturizada, as câmeras digitais baseadas em silício (CMOS), que são ótimas para captar a luz visível, mas até agora são insensíveis à luz infravermelha.

A saída foi lançar mão do biomimetismo para integrar essas duas tecnologias, criando um sistema de visão artificial que tenta imitar o sistema de detecção termal das cobras.

A comparação do novo sistema com conversores ascendentes CMOS com os sistemas de visão artificial convencionais (coluna da direita) mostra claramente os ganhos obtidos.
[Imagem: Ge Mu et al. - 10.1038/s41377-025-02001-x]

Conversão ascendente

O truque está em um sistema de conversão ascendente, um mecanismo que pega o comprimento de onda da luz infravermelha e transforma em luz visível.

O resultado foi surpreendente: Um circuito construído diretamente em um sensor CMOS de silício padrão, como os CCDs de celulares e câmeras digitais, capaz de captar imagens de infravermelho de ondas curtas (SWIR) e infravermelho de ondas médias (MWIR) com resolução 4K e à temperatura ambiente, dispensando o resfriamento dos sensores.

"Para dotar sistemas artificiais com percepção térmica semelhante à de uma cobra, tivemos que superar os problemas de ruído inerentes à detecção infravermelha em temperatura ambiente," explicaram os pesquisadores.

Para isso, eles projetaram uma arquitetura de "heterojunção de barreira" usando pontos quânticos coloidais de telureto de mercúrio (HgTe). Ao contrário das estruturas tradicionais, esse projeto utiliza camadas de óxido de zinco (ZnO) e de um polímero para criar uma barreira que efetivamente bloqueia o ruído causado pelo calor, mas permite a passagem dos portadores de sinal, garantindo alta sensibilidade sem a necessidade de resfriamento.

Para converter os sinais infravermelhos capturados por essa heterojunção na luz visível que um sensor CMOS possa ler, a equipe criou uma unidade emissora de luz integrada. Essa estrutura equilibra o transporte de elétrons (cargas negativas) e lacunas (cargas positivas), aumentando significativamente a eficiência da conversão ascendente. Assim, mesmo sinais infravermelhos fracos são convertidos em imagens claras e visíveis.

Esquema do chip integrado de visão noturna, capaz de capturar imagens termais em resolução 4K.
[Imagem: Ge Mu et al. - 10.1038/s41377-025-02001-x]

Supervisão 4K

Este sistema de visão artificial é revolucionário para a tecnologia de imagens. A integração do conversor ascendente em uma pastilha CMOS padrão de 8 polegadas permitiu alcançar uma resolução de 3.840 × 2.160 píxeis (4K) com um espaçamento entre píxeis de apenas 1,55 micrômetro.

O chip consegue detectar o calor mesmo através da pastilha de silício, gerando imagens térmicas de fontes de calor de qualidade superior à dos equipamentos caros e especializados de hoje.

"Essa tecnologia abre um caminho de baixo custo e alto desempenho para imagens infravermelhas," escreveu a equipe. "Ao estender o alcance de detecção da luz visível até 4,5 micrômetros, ampliando o espectro em 14 vezes, possibilitamos uma visão em qualquer condição climática, capaz de penetrar fumaça e neblina."

Como aplicações mais imediatas, a equipe vislumbra a manufatura inteligente, veículos autônomos e diagnósticos médicos, além de trazer a "supervisão" do reino animal para o nosso dia a dia, abrindo o leque de observações do mundo natural.

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