Адаптивный металенз-глаз Гарварда объединяет мышечную силу для идеального фокуса и ясности изображения

Металенз может фокусироваться, выполнять смещение изображения и контролировать аберрации, вызванные астигматизмом, всё одновременно.

Линза и мышца вместе имеют общую толщину 30 микрон.

Форма металенза управляется электрическим сигналом для формирования необходимых оптических волновых фронтов.

Как они это сделали?

Обычно металензы фокусируют свет и уменьшают сферические аберрации через плотный наноструктурный узор, который меньше длины волны света. Поскольку они слишком малы, плотность информации в каждой линзе чрезвычайно высока.

Чтобы создать искусственный глаз, самая первая задача — масштабировать металенз. Однако всякий раз, когда ученые пытались сделать это, размер файла дизайна وحده достигал терабайт.

Чтобы справиться с этой проблемой, они разработали алгоритм, который сжимает размер файла до значительного уровня, делая металенз совместимым с техниками, используемыми для fabricación интегральных схем. Металензы были увеличены до сантиметров в диаметре.

Следующий шаг — приклеить металенз к искусственной мышце так, чтобы это не влияло на способность металенза фокусировать свет. Естественная линза глаза окручена цилиарными мышцами, кольцом гладких мышц, контролирующим аккомодацию для просмотра объектов на разных расстояниях за счет изменения формы линзы.

Ученые выбрали тонкий, прозрачный диэлектрический эластомер для прикрепления к линзе, через который свет может проходить с меньшим рассеянием. Они построили полностью новую платформу для переноса и приклеивания линзы к мягкой поверхности. Не нужно говорить, что это была самая большая проблема во всем процессе разработки искусственного глаза.

Эластомер настраивается путем приложения переменного напряжения. Положение наноколонок на поверхности линзы смещается, когда эластомер растягивается. Положение колонок относительно своих соседей и общее смещение структур могут использоваться для настройки металенза.

Линза и мышца вместе имеют общую толщину 30 микрон. Она может фокусироваться, выполнять смещение изображения и контролировать аберрации, вызванные астигматизмом, всё одновременно.

Тест надежности

Надежность инструмента тестировалась синусоидальным напряжением в диапазоне 2–100 Гц при амплитуде 2,5 кВ. Он не выдал ни одного сбоя, и качество изображения не деградировало после тысячи циклов.

Однако диэлектрический пробой наблюдался почти при 3,5 кВ, когда электрический ток начал течь через него, повреждая инструмент. Это был «мягкий» пробой, связанный с локальным горением. Те же инструменты могли возобновить работу после перезапуска питания.

Больше применений

Почти все оптические приборы с несколькими модулями (включая телескопы, микроскопы и камеры) содержат очень маленькие механические напряжения/десайны на своих модулях. Обычно это основано на том, как они были созданы и их окружении, вызывающих легкие аберрации.

Эти ошибки могут быть исправлены через адаптивный оптический компонент. Поскольку описанный здесь металенз плоский, его можно использовать для исправления этих аберраций и интеграции многочисленных возможностей оптики на одну плоскость управления.

На данный момент следующая цель — дальнейшее улучшение функциональности металенза при снижении напряжения, необходимого для его работы.