MASI: el sensor que supera los límites ópticos sin lentes y redefine la imagen científica
Un nuevo sensor distribuido capaz de ver más allá de las lentes promete cambiar la manera en que capturamos el mundo microscópico y macroscópico. MASI combina pequeños detectores y cálculo intensivo para reconstruir imágenes imposibles hasta ahora, desde huellas dactilares ampliadas hasta tejidos cerebrales en 3D.
Por Enrique Coperías
Imagen conceptual de un investigador sosteniendo un prototipo del sistema MASI, un sensor distribuido sin lentes capaz de reconstruir imágenes de alta resolución mediante sincronización computacional de fase, lo que abre nuevas posibilidades en microscopía, análisis forense e inspección industrial. Crédito: IA-DALL-E-©Rexmolón Producciones
No tiene objetivos, pero consigue imágenes más nítidas y amplias que muchos microscopios de alta gama. Y tampoco necesita la precisión milimétrica de los grandes telescopios interferométricos, pero logra sumar señales distantes como ellos.
El nuevo sistema MASI, acrónimo de Multiscale Aperture Synthesis Imager, es la propuesta con la que un equipo interdisciplinar de ingenieros y físicos plantea una ruptura con uno de los dogmas de la óptica: la necesidad de una sincronización estricta y de grandes lentes para superar el límite de difracción.
«En el corazón de este avance hay un problema técnico de larga duración —dice Guoan Zheng, ingeniero del Departamento de Ingeniería Biomédica de la Universidad de Connecticut (Estados Unidos) y uno de los autores del estudio. Y añade—: La imagen de apertura sintética, el método que permitió al Telescopio del Horizonte de Sucesos (ETH) capturar la imagen de un agujero negro, funciona combinando coherentemente mediciones de múltiples sensores separados para simular una apertura de imagen mucho mayor».
¿Por qué MASI importa?
En el estudio, publicado en la revista Nature Communications, los autores del trabajo describen una cámara de arquitectura distribuida que funciona sin lentes, utiliza sensores independientes y logra resolver detalles por debajo del micrómetro a distancias de trabajo de varios centímetros, una combinación hasta ahora muy difícil de obtener sin sistemas voluminosos, caros y extremadamente delicados.
La clave de MASI no está tanto en su hardware —una matriz de pequeños sensores con superficie codificada cada uno— como en el modo en que fusiona la información óptica que capta, una tarea que hasta ahora había exigido interferómetros finos, sincronizaciones por relojes atómicos o geometrías imposibles de conseguir fuera del laboratorio.
El equipo traduce ese reto a un problema digital: cada sensor registra únicamente la intensidad de la luz difractada, pero el software reconstruye la fase y las diferencias entre sensores para recomponer una imagen de alta resolución única.
«Lo que antes era un dolor de cabeza óptico ahora puede resolverse como un cálculo iterativo [un método en el que se repite una operación muchas veces, ajustando el resultado en cada paso, hasta que el valor obtenido se vuelve estable o suficientemente preciso]», resumen los investigadores en Nature Communications, que comparan su enfoque con los sistemas de captura distribuida de la astronomía radio, como el Telescopio del Horizonte de Sucesos, pero sin la necesidad de relojes ultraprecisos ni de mediciones redundantes.
🗣️ «MASI le da la vuelta a este desafío. En lugar de obligar a múltiples sensores ópticos a operar en sincronía física perfecta —una tarea que requeriría precisión a escala nanométrica— MASI permite que cada sensor mida la luz de forma independiente y luego utiliza algoritmos computacionales para sincronizar los datos después», comenta Zheng.
La tecnología MASI permite ampliar digitalmente el campo de visión: a partir de los datos captados por un sensor de solo unos milímetros, el sistema reconstruye una imagen mucho mayor en la que pueden verse con detalle las crestas y los poros de una huella dactilar, sin necesidad de volver a capturar información. Cortesía: Wang, R., Zhao, Q., Wang, T. et al.
De un puzle de sensores a una sola megaapertura virtual
La estrategia de MASI recuerda al trabajo coral de una orquesta: cada sensor interpreta su parte de la luz procedente del objeto, modulada por una superficie codificada diseñada para recuperar la fase (algo invisible a los sensores convencionales). Pero al contrario que los sistemas clásicos, estos sensores nunca ven lo mismo desde el mismo punto. No necesitan superponerse para entenderse.
La imagen final emerge tras lo que los investigadores llaman una sincronización computacional de fase: durante varias iteraciones, el algoritmo va ajustando el desfase relativo entre los sensores y busca el punto en el que la energía total reconstruida en la imagen es máxima. Ese criterio garantiza que las contribuciones individuales interfieran de manera constructiva, como haces coherentes que se refuerzan mutuamente.
En términos prácticos, cada sensor aporta una pieza del rompecabezas que, sin alinearse físicamente, queda alineada digitalmente en el espacio del objeto. El resultado ni es otro que una apertura sintética mayor que la suma de las partes, con una resolución imposible para un único captador de ese tamaño.
👉 Zheng explica que es similar a tener varios fotógrafos capturando la misma escena, no como fotos ordinarias, sino como mediciones en bruto de las propiedades de las ondas de luz, y dejar que el software una esas capturas independientes en una sola imagen de ultraalta resolución.
Ver más allá del sensor: imágenes que se expanden solas
Uno de los hallazgos más llamativos del trabajo es que MASI no solo supera el límite de resolución, sino que también el del campo de visión.
Esto se debe a una propiedad sutil de la luz difractada: cada sensor capta indirectamente información angular sobre regiones del objeto que no están situadas justo encima de su superficie física, como si recibiera ecos remotos. Al rellenar digitalmente los bordes del captador y propagar hacia atrás ese campo óptico reconstruido, la imagen obtenida crece como si la cámara fuese mucho mayor.
Zheng y su equipo lo demuestran con un ejemplo cotidiano pero elocuente: una huella dactilar. Un solo sensor de 4,6 × 3,4 mm permite reconstruir, mediante este estiramiento digital, una huella de 16,6 × 15,4 mm, y revelar incluso poros de sudor individuales, una nitidez muy por encima de lo habitual en sistemas compactos sin lente.
Una segunda demostración emplea una sección de cerebro de ratón, donde MASI combina nueve sensores: además de recuperar una visión amplia del tejido, identifica la estructura radiante de axones mielinizados alrededor del ventrículo, algo que un único sensor apenas esbozaba.
Micras en 3D y a larga distancia: fotografía sin objetivo
El potencial de MASI se revela aún más cuando la imagen reconstruida se trata como un campo óptico completo, es decir, con información de amplitud y de fase. Eso permite —afirma el equipo— enfocar digitalmente distintos planos del objeto sin mover nada físicamente, como si se dispusiera de una rueda de enfoque virtual.
Así obtienen mapas tridimensionales de relieve con resolución axial de unos 6,5 micrómetros, y lo hacen desde distancias de trabajo cercanas a los dos centímetros, muy superiores a las que permiten los objetivos convencionales de microscopía a ese nivel de detalle.
Un ejemplo especialmente llamativo es el de un casquillo de bala, donde el MASI revela claramente la huella del percutor: una característica forense clave para relacionar munición con un arma concreta.
Cada sensor del sistema MASI capta solo una parte del campo de luz difractada por la muestra, pero al combinar digitalmente esas piezas, la imagen final revela detalles invisibles con un único sensor. En el caso del tejido cerebral, la reconstrucción conjunta permite distinguir con claridad los haces de axones mielinizados que salen del ventrículo, mientras que la imagen individual muestra esas estructuras de forma mucho menos nítida. Cortesía: Wang, R., Zhao, Q., Wang, T. et al.
Imágenes secretas: cuando lo visible no está en la foto
La expansión computacional del campo de visión tiene una consecuencia inesperada: la información situada fuera del sensor físico no aparece en la imagen capturada, pero sí puede reconstruirse después si se conocen los parámetros adecuados.
Los autores apuntan a aplicaciones en seguridad e información oculta: señales, códigos o firmas podrían depositarse en zonas invisibles al sensor, indetectables en los datos brutos, pero accesibles tras la reconstrucción.
Una forma de esteganografía óptica de capa física, donde no sólo el contenido está oculto, sino la propia existencia del mensaje.
De la microscopía a la vigilancia, un camino abierto
Si la tecnología prospera más allá de los prototipos, el sensor MASI podría tener impacto en ámbitos donde la resolución y el acceso físico chocan: inspección industrial, análisis forense, monitorización estructural, medicina, endoscopios distribuidos, incluso configuraciones telescópicas de base larga sin los condicionantes de la interferometría clásica.
Queda trabajo por hacer: gestionar ausencias de información espacial, explorar nuevas longitudes de onda —como terahercios o rayos X— o incorporar información de polarización. Pero la promesa es clara: una óptica menos esclava de las ópticas.
🗣️ «Las posibles aplicaciones del MASI abarcan múltiples campos, desde la ciencia forense y el diagnóstico médico hasta la inspección industrial y la teledetección. Pero lo más emocionante es la escalabilidad: a diferencia de la óptica tradicional, que se vuelve exponencialmente más compleja a medida que crece, nuestro sistema se amplía de forma lineal, lo que potencialmente permite grandes matrices para aplicaciones que aún ni siquiera hemos imaginado», concluye Zheng.
Lo que antes exigía esmero artesanal con lentes y espejos ahora puede asumirlo el cálculo, y en ese trasvase —que recuerda a lo que fue la fotografía computacional para el móvil— podría incubarse una nueva generación de instrumentos: lentes invisibles para ver más lejos. ▪️
Fuente: Wang, R., Zhao, Q., Wang, T. et al. Multiscale aperture synthesis imager. Nature Communications (2025). DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-025-65661-8
