Ученые создали искусственный мягкий глаз с автофокусом

Исследователи из Технологического института Джорджии представили разработку мягкого роботизированного глаза, который способен автоматически фокусироваться под воздействием света без необходимости подключения к внешнему источнику питания.

Созданная линза отличается высокой чувствительностью: она может различать мельчайшие детали, например, волоски на лапках муравья или частички зерна. Это открытие приближает инженеров к созданию мягких роботов с продвинутым зрением, которым не потребуется отдельное питание. Предполагается, что подобные системы смогут применяться в носимых устройствах и автономных механизмах, работающих на неровных или опасных поверхностях.

По словам первого автора исследования, доктора Кори Чжэна с кафедры биомедицинской инженерии, традиционные роботы, использующие электроприводы, оснащаются жёсткими датчиками и электронными компонентами для восприятия окружающей среды. Однако при создании более гибких и податливых роботов, не зависящих от электричества, возникает задача реализации сенсорной обработки и управления их восприятием другими способами.

Специальная искусственная линза

Линза, которую разработали учёные, изготовлена из гидрогеля с полимерным каркасом, способным удерживать и выделять воду. Благодаря этому материал способен быстро изменять своё состояние — от мягкого до более твёрдого. Гидрогель реагирует на температуру: при нагревании он выделяет воду и сжимается, а при охлаждении впитывает влагу и разбухает.

Исследователи сформировали вокруг линзы из кремниевого полимера кольцо из гидрогеля и поместили конструкцию в корпус, напоминающий человеческий глаз. Как отмечает Кори Чжэн, механика устройства аналогична принципу работы зрительного органа человека.

Как работает искусственный глаз

В гидрогель были добавлены частицы оксида графена, отличающиеся тёмным цветом и способностью поглощать свет. Когда на них попадает свет с интенсивностью, сопоставимой с солнечным, частицы нагреваются и передают тепло материалу, заставляя гидрогель сжиматься и тянуть линзу, обеспечивая фокусировку. При исчезновении источника света материал снова набухает, ослабляя натяжение.

Разработка реагирует на свет по всему видимому спектру. Учёные также отметили, что эту линзу можно использовать в качестве альтернативы традиционным стеклянным элементам в оптических микроскопах. Эксперименты показали, что она способна различать зазор шириной 4 микрометра между когтями клеща, видеть 5-микрометровые грибные нити и определять 9-микрометровые волоски на лапках муравья.

По словам Чжэна, сейчас исследователи интегрируют линзу в микрофлюидную систему клапанов, выполненных из того же чувствительного гидрогеля. Это позволит использовать свет не только для получения изображения, но и в качестве источника энергии для автономных интеллектуальных камерных систем.

Благодаря возможностям адаптации гидрогеля, новая линза потенциально может расширить диапазон восприятия — от имитации вертикальной зрачковой щели кошачьего глаза до воспроизведения необычной W-образной сетчатки каракатицы, которая обеспечивает восприятие спектра, недоступного человеческому глазу.