Georgia Tech onthult door licht aangedreven zachte lens die het menselijk zicht nabootst voor robotica

Georgia Tech Institute of Technology, Atlanta, GA

De fotoresponsieve zachte hydrogellens ontwikkeld door onderzoekers in het laboratorium van Coulter BME Professor Shu Jia. (Afbeelding:Georgia Tech)

Een team van biomedische ingenieurs van Georgia Tech heeft een doorbraak onthuld in adaptieve optica:een bio-mimetische, door licht aangedreven zachte lens die het vermogen van het menselijk oog nabootst om zich opnieuw te concentreren en zich aan te passen aan wisselende lichtomstandigheden. Het onderzoek, gepubliceerd in Science Robotics , opent nieuwe mogelijkheden voor zachte robotica, biomedische beeldvorming en autonome zichtsystemen.

Geïnspireerd door de reactie van het menselijk oog op licht, heeft hoofdauteur Corey Zheng, een Ph.D. kandidaat bij de afdeling Biomedische Technologie van Wallace H. Coulter, ontwikkelde een lenssysteem dat door licht geactiveerde kunstmatige spieren gebruikt om de brandpuntsafstand te regelen. Bij verlichting trekken deze spieren samen en rekken ze de lens uit, waardoor nauwkeurige optische aanpassingen mogelijk zijn zonder elektronica of batterijen.

“Het menselijk oog is in veel opzichten heel krachtig”, zegt Zheng. "Hij is compact, je kunt de scherpstelling wijzigen om naar voorwerpen dichtbij of ver weg te kijken, en hij beschermt zichzelf met je pupillen tegen licht. Bovendien heeft hij een verbazingwekkende resolutie."

De fotoresponsieve zachte hydrogellens (PHySL) is volledig gemaakt van zachte, bioveilige materialen, waardoor hij ideaal is voor toepassingen waarbij stijve optica onpraktisch is, zoals zachte robots en medische apparaten die veilig met weefsels samenwerken. De kern van het ontwerp is een thermisch responsieve hydrogel – een waterabsorberend polymeer dat vaak wordt aangetroffen in producten zoals contactlenzen – doordrenkt met grafeen, dat licht in warmte omzet en vormveranderingen teweegbrengt die als kunstmatige spieren fungeren. Dankzij deze eigenschap kan de lens op afstand worden bediend zonder dat er batterijvoeding of bekabelde verbindingen nodig zijn.

In laboratoriumtests hebben de onderzoekers aangetoond dat verschillende verlichtingspatronen de brandpuntsafstand en beweging van de lens kunnen controleren en zelfs specifieke optische aberraties kunnen veroorzaken. Dankzij dit aanpassingsvermogen konden ze hoogwaardige beelden vastleggen van onderwerpen, variërend van afzonderlijke cellen tot hele kamers. De prestaties van hun systeem, zowel qua focusverschuivingsbereik als qua resolutie, waren vergelijkbaar met die van het menselijk oog.

Het team introduceerde ook een prototype van een elektronicavrije camera, waarbij de zachte lens werd gecombineerd met een op vloeistof gebaseerd beeldcircuit, aangedreven door door licht geactiveerde kleppen om de vloeistofstroom te regelen in plaats van traditionele elektronische fotodetectoren. Deze innovatie zou kunnen worden gebruikt in chemisch aangedreven of passieve zachte systemen, waardoor een grotere autonomie voor biomimetische robots mogelijk wordt.

Het onderzoek werd uitgevoerd in samenwerking met BME-professor Shu Jia, senior auteur van het onderzoek.

Neem voor meer informatie contact op met Shu Jia op Dit e-mailadres wordt beschermd tegen spambots. U heeft Javascript nodig om het te kunnen zien. of Dit e-mailadres wordt beveiligd tegen spambots. U heeft Javascript nodig om het te kunnen zien.; 404-894-0290.