Georgia Tech представляет световую мягкую линзу, имитирующую человеческое зрение для робототехники

Биомиметическая фотореагирующая гидрогелевая линза без электроники и батарей

Команда биомедицинских инженеров Georgia Tech представила прорыв в адаптивной оптике: биомиметическую световую мягкую линзу, копирующую способность человеческого глаза перефокусироваться и адаптироваться к меняющимся световым условиям. Исследование опубликовано в Science Robotics, открывая возможности для мягкой робототехники, биомедицинской визуализации и автономных систем зрения.

Принцип работы: световые искусственные мышцы

Вдохновлённый реакцией человеческого глаза на свет, автор Кори Чжэн (PhD, кафедра биомедицинской инженерии Уоллеса Култера) разработал систему линз, использующую светово-активируемые искусственные мышцы для управления фокусным расстоянием. При освещении мышцы сокращаются и растягивают линзу, обеспечивая точную оптическую настройку без электроники или батарей.

"Человеческий глаз невероятно эффективен: компактен, меняет фокус для ближнего и дальнего зрения, защищается зрачками, имеет удивительное разрешение", — отмечает Чжэн.

Конструкция PHySL

Фотореагирующая гидрогелевая мягкая линза (PHySL) полностью состоит из мягких биобезопасных материалов — идеально для применений, где жёсткая оптика неприменима: мягкие роботы и медицинские устройства, безопасно взаимодействующие с тканями. В основе — термореагирующий гидрогель (водоусваивающий полимер, как в контактных линзах), наполненный графеном, преобразующим свет в тепло и запускающим изменение формы — искусственные мышцы. Это позволяет дистанционно управлять линзой без батарей и проводов.

Лабораторные результаты

Различные паттерны освещения управляли фокусным расстоянием, движением линзы и даже индуцировали конкретные оптические аберрации. Адаптивность позволила получать качественные изображения объектов — от одиночных клеток до целых комнат. Характеристики по диапазону смены фокуса и разрешению сопоставимы с человеческим глазом.

Прототип камеры без электроники

Команда представила прототип камеры без электроники, объединяющий мягкую линзу с жидкостной схемой визуализации, управляемой светово-активируемыми клапанами для контроля потока жидкости вместо традиционных электронных фотодетекторов. Инновация применима в химически управляемых или пассивных мягких системах, повышая автономию биомиметических роботов.

Работа выполнена в сотрудничестве с профессором Шу Цзя, старшим автором исследования.