Georgia Tech onthult licht-aangedreven zachte lens die menselijk gezicht nabootst voor robotica

Doorbraak in adaptieve optica: bio-mimetische zachte lens

Een team biomedische ingenieurs aan Georgia Tech heeft een doorbraak onthuld in adaptieve optica: een bio-mimetische, licht-aangedreven zachte lens die de menselijke oog capaciteit nabootst om te herfocussen en aan te passen aan wisselende lichtcondities. Het onderzoek, gepubliceerd in Science Robotics, opent nieuwe mogelijkheden voor zachte robotica, biomedische imaging, en autonome visiesystemen.

Geïnspireerd op het menselijk oog

Geïnspireerd door het menselijke oog's respons op licht, ontwikkelde hoofdauteur Corey Zheng, een Ph.D.-kandidaat in de Wallace H. Coulter Department of Biomedical Engineering, een lenssysteem dat licht-geactiveerde kunstmatige spieren gebruikt om de brandpuntafstand te controleren. Bij verlichting trekken deze spieren samen en rekken de lens, wat nauwkeurige optische aanpassingen mogelijk maakt zonder elektronica of batterijen.

"Het menselijke oog is op veel manieren echt krachtig," aldus Zheng. "Het is compact, je kunt focus veranderen om naar nabije of ver objecten te kijken, en het beschermt zichzelf tegen licht met je pupillen. Naast al dat, heeft het een ongelooflijke resolutie."

Constructie van de photoresponsive hydrogel zachte lens (PHySL)

De PHySL is volledig geconstrueerd uit zachte, bio-veilige materialen, wat het ideaal maakt voor toepassingen waar starre optica impractisch is — zoals zachte robots en medische apparaten die veilig met weefsels interacteren. In de kern van het ontwerp zit een thermisch responsieve hydrogel — een waterabsorberend polymeer veelvoorkomend in producten zoals contactlenzen — geïmpregneerd met grafene, die licht omzet in warmte, wat vormveranderingen triggert die fungeren als kunstmatige spieren. Deze eigenschap stelt de lens in staat om op afstand gecontroleerd te worden zonder batterijenergie of bedrade verbindingen.

Laboratoriumresultaten

In laboratoriumtests toonden de onderzoekers aan dat verschillende verlichtingspatronen de lens's brandpuntafstand, beweging, en zelfs specifieke optische aberraties konden controleren. Deze adaptieve capaciteit maakte het mogelijk om hoge-kwaliteit beelden te maken van onderwerpen variërend van enkele cellen tot hele kamers. Hun systeem's prestaties, in zowel brandpuntshift-bereik als resolutie, waren vergelijkbaar met het menselijk oog.

Elektronicasvrije camera prototype

Het team introduceerde ook een prototype elektronicasvrije camera, de zachte lens combineren met een vloeistof-gebaseerd imaging circuit aangedreven door licht-geactiveerde kleppen om vloeistofstroom te controleren in plaats van traditionele elektronische fotodetectoren. Deze innovatie kan gebruikt worden in chemisch aangedreven of passieve zachte systemen, wat verhoogde autonomie mogelijk maakt voor biomimetische robots.