با الهام از چشم انسان ، محققان دانشکده مهندسی و علوم کاربردی دانشگاه هاروارد جان A. پالسون (SEAS) فلزهای سازگار را تولید کرده اند ، که در اصل یک چشم مصنوعی صاف و کنترل شده الکترونیکی است. فلز سازگار به طور هم زمان کنترل سه عامل اصلی تار شدن تصاویر را کنترل می کند: تمرکز ، آستیگماتیسم و ​​تغییر تصویر.

این تحقیق در Science Advances منتشر شده است .

آلن او ، دانش آموخته فارغ التحصیل در SEAS و اولین نویسنده مقاله می گوید: "این تحقیق پیشرفت های مربوط به فناوری عضلات مصنوعی را با فناوری metalens برای ایجاد یک فلز قابل تنظیم انجام می دهد که می تواند تمرکز خود را در زمان واقعی تغییر دهد ، دقیقاً مانند چشم انسان." "ما یک قدم جلوتر می رویم تا توانایی تصحیح پویا را برای ناهنجاری هایی مانند آستیگماتیسم و ​​تغییر تصویر ایجاد کنیم ، که طبیعتاً چشم انسان نمی تواند انجام دهد."

فدریکو کپاسو ، روبرت ال والاس ، استاد فیزیک کاربردی و وینتون هایز گفت: "این امکان وجود بزرگنمایی نوری و فوکوس خودکار را برای طیف گسترده ای از برنامه ها از جمله دوربین های تلفن همراه ، عینک های شیشه ای و سخت افزار واقعیت مجازی و افزوده شده نشان می دهد." مهندسی برق در SEAS و نویسنده ارشد مقاله. "این همچنین امکان وجود میکروسکوپ های نوری آینده را نشان می دهد ، که کاملاً بصورت الکترونیکی عمل می کنند و می توانند بسیاری از ناهنجاری ها را به طور همزمان تصحیح کنند."

دفتر توسعه فناوری هاروارد از مالکیت معنوی مربوط به این پروژه محافظت کرده و در حال بررسی فرصت های تجاری سازی است.

برای ساختن چشم مصنوعی ، ابتدا محققان نیاز به اندازه گیری فلزها داشتند.

فلزهای سازگار ، پرتوهای نور را بر روی حسگر تصویر متمرکز می کنند. یک سیگنال الکتریکی شکل فلزها را برای تولید نوارهای موج نوری مورد نظر (با رنگ قرمز) کنترل می کند و در نتیجه تصاویر بهتری به دست می آید. در آینده ، فلز کننده های سازگار در سیستم های تصویربرداری مانند دوربین های تلفن همراه و میکروسکوپ ، امکان فوکوس اتوماتیک مسطح ، فشرده و همچنین امکان تصحیح همزمان ناهنجاری های نوری و انجام تثبیت کننده تصویر نوری ، همه در یک صفحه کنترل مجزا ساخته خواهند شد. اعتبار: Second Bay Studios / هاروارد SEAS
فلزهای قبلی تقریباً به اندازه یك قطعه زرق و برق بودند. آنها نور را متمرکز می کنند و از طریق الگوی متراکم نانوساختارها ، هر کدام کوچکتر از طول موج نور ، نوری های کروی را از بین می برند.

وی گفت: "از آنجا که نانوساختارها بسیار اندک هستند ، چگالی اطلاعات در هر لنز فوق العاده زیاد است." "اگر از یک لنز به اندازه 100 میکرون به لنزهای به اندازه سانتیمتر بروید ، اطلاعات مورد نیاز برای توصیف لنزها را با ده هزار افزایش می دهید. هر زمان که سعی می کردیم لنزها را اندازه گیری کنیم ، اندازه پرونده طرح به تنهایی می شود. بالون تا گیگ یا حتی ترابایت. "

محققان برای حل این مشکل ، الگوریتم جدیدی را برای کوچک کردن اندازه پرونده ایجاد کردند تا فلزها با فناوری مورد استفاده در ساخت مدارهای مجتمع سازگار شوند. در مقاله ای که اخیراً در Optics Express منتشر شده است ، محققان طراحی و ساخت فلزها به قطر تا سانتیمتر یا بیشتر را نشان دادند.

کاپاسو گفت: "این تحقیق امکان وحدت دو صنعت را دارد: ساخت نیمه هادی ها و ساخت لنزها ، به موجب آن از همان فناوری استفاده شده برای ساخت تراشه های رایانه ای برای ساخت اجزای نوری مبتنی بر metasurface مانند لنزها استفاده می شود."

در مرحله بعد ، محققان نیاز به چسبیدن فلزهای بزرگ به عضله مصنوعی بدون به خطر انداختن توانایی آن در تمرکز نور دارند. در چشم انسان ، لنز توسط عضله مژگانی احاطه شده است ، که لنزها را کشیده یا فشرده می کند ، شکل خود را تغییر می دهد تا طول کانونی خود را تنظیم کند. کاپاسو و تیم وی با دیوید کلارک ، استاد خانواده تمدید شده تار در مواد SEAS و پیشگام در زمینه برنامه های مهندسی محرک های الاستومر دی الکتریک ، همچنین به عنوان عضلات مصنوعی همکاری کردند.

محققان یک الاستومر دی الکتریک نازک و شفاف را با از دست دادن کم انتخاب کردند - به معنای عبور نور از طریق مواد با پراکندگی اندک - برای اتصال به لنز. برای انجام این کار ، آنها نیاز به ایجاد بستر برای انتقال و چسباندن لنز به سطح نرم داشتند.

این فیلم به دلیل ولتاژ اعمال شده در حال نوسان ، فلز را در حال حرکت ، انبساط و انقباض نشان می دهد ، که باعث طولانی شدن و کوتاه شدن فاصله کانونی می شود. اعتبار: Alan She / دانشکده مهندسی و کاربردی دانشکده مهندسی جان A. پالسون
کلارک گفت: "الاستومرها تقریباً از هر نظر با نیمه هادی ها متفاوت هستند که چالش این است که چگونه با صفات آنها ازدواج کنیم تا یک وسیله جدید چند منظوره جدید ایجاد شود و خصوصاً نحوه ساخت یک مسیر تولید". "به عنوان کسی که در اواسط دهه 1960 روی یکی از اولین میکروسکوپهای الکترونی روبشی (SEM) کار کرده است ، بسیار هیجان انگیز است که بخشی از ایجاد میکروسکوپ نوری با قابلیت های یک SEM مانند کنترل انحراف در زمان واقعی باشد."

الاستومر با اعمال ولتاژ کنترل می شود. در حین کشش ، موقعیت نانوپیلارها روی سطح لنز تغییر می کند. با کنترل هر دو موقعیت ستون ها در رابطه با همسایگان و جابجایی کل سازه ها ، می توان از این فلزها تنظیم کرد. محققان همچنین ثابت كردند كه این لنزها می توانند همزمان تمرکز كنند ، ناهنجاریهای ناشی از آستیگماتیسم را کنترل كنند و همچنین تغییر تصویر را انجام دهند.

در کنار هم ، لنز و ماهیچه تنها 30 میکرون ضخامت دارند.

وی ادامه داد: همه سیستم های نوری با چندین مؤلفه - از دوربین گرفته تا میکروسکوپ و تلسکوپ - بسته به نوع ساخت آنها و محیط فعلی آنها ، دارای سوء عملکرد جزئی یا فشارهای مکانیکی بر روی اجزای خود هستند ، که همواره باعث ایجاد مقدار کمی آستیگماتیسم و ​​سایر ناهنجاری ها می شود. می تواند توسط یک عنصر نوری سازگار اصلاح شود. " "از آنجا که فلزهای سازگار مسطح هستند ، می توانید آن ناهنجاری ها را اصلاح کنید و قابلیت های نوری مختلف را در یک صفحه کنترل واحد ادغام کنید."