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Uno specchio bugiardo che invece di restituire il riflesso reale mostra un’immagine completamente diversa non è un trucco da illusionista, ma il risultato di una ricerca condotta all’Università della California, la UCLA, e finita sulle pagine di Nature. Il nome scelto dagli autori, “lying mirror”, dice già tutto: la superficie riceve un’immagine e ne restituisce un’altra, scelta in anticipo, senza che ci sia alcun computer a manipolare le immagini mentre il sistema è in funzione.
Il punto interessante sta proprio qui. Nessun sensore, nessun software che analizza e ricostruisce in tempo reale. Tutto avviene con la luce, sfruttando una superficie diffrattiva strutturata accoppiata a uno specchio riflettente. La struttura è stata progettata con tecniche di deep learning, quindi l’intelligenza artificiale entra in gioco nella fase di disegno del dispositivo, non durante il suo utilizzo. Una volta costruita, quella superficie modifica fase e propagazione dei raggi luminosi in modo tale che qualunque cosa arrivi davanti allo specchio venga trasformata in uno schema stabilito a monte, che all’osservatore appare del tutto normale.
Vestiti che diventano borse, cifre che diventano sempre 8
Nelle simulazioni numeriche i ricercatori hanno provato scenari diversi e piuttosto eloquenti. Immagini di abiti trasformate nell’immagine di una borsa, numeri scritti a mano tramutati tutti in un 8, animali di varie specie restituiti come un panda. Il dettaglio da non sottovalutare è che lo specchio bugiardo non funziona come un semplice riconoscitore di pochi oggetti già noti. È stato messo alla prova anche con immagini mai viste durante l’addestramento, comprese quelle prese da insiemi di dati completamente diversi da quelli usati per progettarlo.
E ha tenuto. Anche quando le immagini in ingresso venivano ruotate, spostate lateralmente, ingrandite, rimpicciolite o sporcate con del rumore. Su uno dei modelli testati la correlazione con l’immagine falsa desiderata si è mantenuta in media a 0,95 con le rotazioni, 0,90 con gli spostamenti e 0,94 quando cambiava la scala. Numeri che raccontano una robustezza non banale per un dispositivo che, in fondo, è un pezzo di materia passiva con una microstruttura studiata al millimetro.
Dalla simulazione al laboratorio, con la luce visibile
Il passaggio successivo era inevitabile: verificare che tutto questo funzionasse davvero fuori dal calcolatore. Il gruppo della UCLA ha costruito una versione fisica del sistema usando un insieme di microspecchi, capace di prendere numeri scritti a mano diversi tra loro e farli apparire tutti come un 8. La dimostrazione è avvenuta nella luce visibile, lavorando a 480, 550 e 600 nanometri, quindi sulle tre componenti blu, verde e rossa dello spettro.
Non si sono fermati alle singole lunghezze d’onda. È stata provata anche una variante a banda più larga, addestrata nell’intervallo tra 520 e 570 nanometri, che ha continuato a produrre l’immagine voluta pure quando l’illuminazione si allargava tra 500 e 600 nanometri. Una tolleranza che, tradotta in termini pratici, significa che il dispositivo non richiede condizioni di luce chirurgicamente controllate per fare il proprio lavoro.
Il concetto di fondo resta comunque quello di un’ottica che elabora informazioni al posto di un processore. La superficie diffrattiva svolge un compito che normalmente richiederebbe una catena fatta di telecamera, algoritmo e schermo, e lo svolge alla velocità della luce, perché non c’è nessun calcolo da eseguire dopo la fabbricazione. Le applicazioni immaginabili vanno dalla protezione dell’informazione visiva alla creazione di immagini ingannevoli progettate a tavolino, con la particolarità che il risultato appare credibile a chi guarda.
