스마트폰 카메라를 모면 이 정도면 충분히 작은 것이 아닌가 하는 생각이 듭니다. 손톱 크기 만한 이미지센서와 함께 카메라 렌즈를 보면 충분히 작은 것 같습니다. 그러나 이보다 더 작은 0.5mm 크기의 카메라가 개발되고 있습니다. 0.5mm 크기는 굵은소금 크기 정도의 아주 작은 크기입니다.
이만한 크기입니다. 쌀알보다도 작네요. 이 굵은 소금 크기의 카메라를 미국 프린스턴 대학과 워싱턴 대학의 공동 연구팀이 개발했습니다. 초소형 카메라는 55만 배나 큰 렌즈를 장착한 카메라와 화질이 크게 다르지 않다고 하네요.
위 사진을 자세히 보면 저게 카메라 맞나라고 할 수 있습니다. 특히 렌즈는 볼록하거나 평평해야 하는데 뭔가 많이 나와 있습니다. 마치 이쑤시개 같은 것이 가득 꽂혀 있습니다. 이걸 바로 메타 표면(Metasurface)이라는 기술을 이용한 초소형 카메라입니다. 미세한 원통형 침 같은 것의 크기는 에이즈 바이러스인 HIV와 비슷한 크기로 작습니다. 그리고 이 원통들은 각자 다른 형상을 하고 있는데 기계학습 알고리즘을 사용해서 렌즈로 활용하기 위한 최적화된 형상입니다. 원통 기둥은 무려 160만 개가 박혀 있습니다.
위 사진 중 왼쪽은 기존의 초소형 카메라로 촬영한 사진이고 오른쪽은 이번에 개발한 초소형 카메라로 촬영한 사진입니다. 기존의 초소형 카메라는 시야각이 한정되고 상 자체도 흐릿하고 왜곡되고 색도 붕괴되어 있지만 이번에 개발한 메타 표면 초소형 카메라는 일반적인 카메라로 촬영한 듯한 사진으로 보일 정도로 선명하게 보입니다. 다만 열화가 좀 있긴 합니다. 연구팀에 따르면 프레임 끝 부분이 조금 흐릿한 점을 제외하면 체적이 55만 배인 렌즈와 동등한 사진을 촬영했다고 주장하고 있습니다.
종래의 메타 표면 카메라는 자연광이 아닌 레이저 같은 인공광을 이용하는 환경에서 사용했다면 이번 메타 표면 카메라는 자연광에서도 촬영이 가능할 정도로 성능이 개선되었습니다. 이 메타 표면 초소형 카메라는 내시경 검사 카메라나 뇌 촬영에 활용할 수 있을 뿐 아니라 이 카메라를 여러대 물체 표면에 분산 배치해서 새로운 형태의 촬영이 가능해진다고 말하고 있습니다.
이 작은 카메라를 설계하고 실제로 구축하는 것은 어려운 일이며 고시야각 RGB 이미지를 촬영하기 위해서 수백만의 나노 구조를 알고리즘으로 설계한 기법은 지금까지 없었다고 하네요. 또한 수많은 나노 크기 원통 기동들이 가득한 렌즈를 만들고 빛과의 상호 작용도 고려해야 해서 복잡한 시뮬레이션을 위해서 많은 메모리와 시간이 필요했다고 하네요.
물체 표면에 분산 배치할 수 있는 점을 이용하면 지금 우리가 사용하는 스마트폰 후면에 3개의 카메라가 있지만 이 초소형 카메라를 후면 전체에 촘촘히 박으면 휴대폰 전체가 하나의 거대한 카메라가 될 수 있다고 하네요. 물론 당장 가능한 건 아니고 미래에는 스마트폰 전체가 하나의 카메라가 될 수도 있다고 합니다. 스마트폰뿐이겠어요 자율주행차의 필수 장치인 전방, 후방, 측방 감지 카메라가 필요한데 거기에 활용할 수도 있을 겁니다.
