電子控制平面人造眼睛問世 結(jié)合超透鏡與人造肌肉技術(shù)

新技術(shù)

據(jù)最新一期《科學(xué)進(jìn)展》雜志報道，受人眼啟發(fā)，美國研究人員開發(fā)出一種自適應(yīng)超透鏡，其本質(zhì)上是一種電子控制的平面人造眼睛。

這種自適應(yīng)超透鏡可同時控制構(gòu)成圖像的三個主要因素：焦距、散光和像移。哈佛大學(xué)工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院科研團(tuán)隊稱，新研究將人造肌肉技術(shù)與超透鏡技術(shù)的最新進(jìn)展相結(jié)合，創(chuàng)造出的可調(diào)節(jié)超透鏡能像人眼一樣實時調(diào)整焦距，在加強人眼無法自然做到的畸變（散光和像移）動態(tài)矯正能力方面邁出了堅實一步。

為了構(gòu)造人造眼睛，研究人員對超透鏡進(jìn)行了放大。超透鏡聚焦光線并通過密集的納米結(jié)構(gòu)圖案（每個納米結(jié)構(gòu)都小于光線的波長）消除球面像差。納米結(jié)構(gòu)之小造成透鏡信息密度極高，超透鏡從100微米轉(zhuǎn)換到1厘米時，描述透鏡的信息增加1萬倍，文件大小增至吉字節(jié)乃至太字節(jié)級。為此，研究人員開發(fā)出一種文件壓縮新算法，使超透鏡可兼容現(xiàn)有的集成電路制造技術(shù)。

之后，研究人員將大型超透鏡黏附到人造肌肉上，且不影響其聚光能力。透鏡和人造肌肉的總厚度只有30微米。在人眼中，睫狀肌圍繞著晶狀體，可拉伸或收縮晶狀體的形狀來調(diào)整焦距。研究人員選擇了一種低損耗的、薄且透明的介電彈性體附著在透鏡上，以保證光線通過材料時的散射會很小，并通過施加電壓來控制彈性體。當(dāng)彈性體拉伸時，透鏡表面的納米柱位置發(fā)生改變?？刂萍{米柱相對于其鄰居的位置以及結(jié)構(gòu)的總位移，可調(diào)諧超透鏡。研究表明，這種超透鏡可以同步調(diào)焦，控制散光和像移造成的像差。

研究人員稱，此項成果展現(xiàn)了嵌入式光學(xué)變焦和自動對焦技術(shù)的可行性，可廣泛應(yīng)用于手機(jī)攝像頭、眼鏡、虛擬和增強現(xiàn)實器件等。未來光學(xué)顯微鏡亦可借此實現(xiàn)全電子操作，同時校正大量像差。新研究也為半導(dǎo)體制造和透鏡制造兩個行業(yè)的融合提供了可能，未來制造計算機(jī)芯片的技術(shù)同樣可用于制造基于超表面的光學(xué)器件。

這項研究是一次材料學(xué)和計算機(jī)學(xué)的“聯(lián)姻”?？茖W(xué)家們采用納米結(jié)構(gòu)圖案來消除球面像差，又用壓縮算法使超透鏡能兼容集成電路制造技術(shù)。不過，超透鏡也不止于模擬人眼。超透鏡很輕薄，如果它能代替?zhèn)鹘y(tǒng)光學(xué)裝置中那些鏡頭組，就能讓手機(jī)、相機(jī)都變小。研究者說，他們有望進(jìn)一步設(shè)計出能糾正散光和像移的超透鏡，這是人眼所不具備的。

馮衛(wèi)東 據(jù)科普中國