Post navigation

Адаптивні металінзи – прорив в розробці штучного ока

 

Надихнувшись будовою людського ока, вчені з Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) розробили адаптивну металінзу, яка, по суті, є плоским електронно контрольованим штучним оком. Адаптивна металінза здатна одночасно контролювати три основні параметри розмитих зображень: фокус, астигматизм та зміщення зображення.

“Це дослідження поєднує у собі прориви в технології штучних м’язів, та технологію металінз, щоб створити контрольовану металінзу, що може в реальному часі змінювати фокус, подібно до людського ока”, – каже Alan She, аспірант Graduate School of Arts and Sciences, головний автор статті. “Ми йдемо на крок далі, щоб розвинути в цієї лінзи здатність динамічно виправляти такі аберації, як астигматизм, на що людське око не здібне”.

Можливість вбудованого оптичного масштабування та автофокусування буде корисною для широкого спектру застосувань, включаючи камери телефонів, окуляри, та обладнання віртуальної та доповненої реальності. Ці лінзи також показують можливості майбутніх мікроскопів, які будуть працювати повністю в електронному вигляді та зможуть виправляти одночасно багато аберацій.

The Harvard Office of Technology Development захистив цей винахід як свою інтелектуальну власність, та вивчає можливості для майбутньої комерціалізації.

Металінза (в центрі), що контролюється електродами з карборонвих нанотрубок

Щоб створити штучне око, дослідникам спочатку необхідно збільшити розмір металінзи. Вони фокусують світло та елімінують сферичні аберації за допомогою щільного скупчення наноструктур, кожна з яких менша за довжину хвилі світла.

“Оскільки наноструктур дуже мало, щільність інформації в кожній лінзі є надзвичайно високою. Якщо перейти від лінзи розміром 100 мкм до сантиметрової, то інформація, яку необхідно обробити лінзі збільшиться в 10000 разів. Кожного разу, коли ми намагалися збільшити масштаб лінзи, розміри файлу зображення збільшувались до гігабайтів або, навіть, терабайтів”, – каже Alan She.

Щоб вирішити цю проблему, вчені розробили новий алгоритм зменшення розміру файлу. Це зробить металінзи сумісними з технологією, яка використовується в даний час для виготовлення інтегральних мікросхем. У статті, нещодавно опублікованій в Optics Express, дослідники продемонстрували дизайн та виготовлення металінз діаметром сантиметр та більше.

Схема фокусування металінзою променів світла на сенсор

Далі вченим було необхідно прикріпити велику металінзу до штучних м’язів, не порушуючи її здатність фокусувати світло. В людському оці кришталик оточений циліарним м’язом, який розтягує або стискає його, змінюючи форму для регулювання фокусної відстані. Capasso і його команда співпрацювали з David Clarke – піонером в галузі інженерних застосувань діелектричних еластомерних приводів, також відомих як штучні м’язи.

Для прикріплення до лінзи дослідники обрали тонкий прозорий діелектричний еластомер з малим супротивом. Це дає можливість світлу проходити через матеріал з невеликим розсіюванням.

Еластомер контролюється за допомогою подавання напруги. По мірі розтягування, положення наностовпчиків на поверхні лінзи змінюється. Металінзу можна налаштовувати, як контролюванням позиції одних наностовпчиків відносно інших, так і повним зміщенням структур. Разом лінза зі штучними м’язами мають товщину всього 30 мкм.

“Усі оптичні системи з декількома компонентами – від камер, мікроскопів та телескопів – мають невеликі перекоси або механічні навантаження на компоненти, залежно від способу їх побудови та оточуючого середовища, що завжди спричинятиме невеликий астигматизм та інші аберації, які можуть бути виправлені адаптивним оптичним елементом”, – каже Alan She.

В подальшому дослідники збираються розширити функціонал лінзи, та знизити напругу, необхідну для контролювання нею.

Оригінальна стаття була опублікована в The Harvard Gazette в лютому 2018 року.

Залишити відповідь

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься. Обов’язкові поля позначені *