Гарвардский адаптивный металинзовый глаз сочетает в себе мышечную силу для превосходной фокусировки и четкости изображения.

• Металлинзы могут одновременно фокусироваться, сдвигать изображение и контролировать аберрации, вызванные астигматизмом. 
• Общая толщина хрусталика и мышцы составляет 30 микрон.
• Форма металинзы контролируется электрическим сигналом для формирования необходимых оптических волновых фронтов. 

Исследователи из Гарвардского университета создали адаптивную металинзу, которая контролирует три важнейших фактора размытых изображений — фокус, астигматизм и сдвиг изображения. Этот плоский глаз с электронным управлением сочетает в себе достижения в области технологии металинз и технологии искусственных мышц.

Искусственный глаз может одновременно контролировать все три решающих фактора и его можно настроить на изменение фокуса в реальном времени. Он работает как обычный человеческий глаз, однако в будущем технология может быть усовершенствована, чтобы делать то, что человеческий глаз не может делать естественным образом, например динамически корректировать сдвиг изображения и астигматизм.

Технология также демонстрирует возможность использования встроенной автофокусировки и оптического зума для различных приложений:от очков и оптических микроскопов до смартфонов и устройств VR/AR.

Как они это сделали?

Обычно металинзы фокусируют свет и уменьшают сферические аберрации за счет плотной наноструктуры, размер которой меньше длины волны света. Поскольку они слишком малы, плотность информации в каждой линзе чрезвычайно высока.

Чтобы создать искусственный глаз, самая первая задача — увеличить металинзу. Однако всякий раз, когда ученые пытались это сделать, размер файла одного только проекта достигал терабайт.

Чтобы решить эту проблему, они разработали алгоритм, который сжимает размер файла до значительного уровня, что делает металинзу совместимой с методами, используемыми для изготовления интегральных схем. Металинзы были увеличены до сантиметров в диаметре.

Как вы можете видеть на изображении ниже, красочное переливание внутри металинзы (сделанной из кремния) создается огромным количеством наноструктур.

Силиконовые металинзы, установленные на прозрачном полимерном листе | Фото:Гарвардский университет SEAS

Ссылка:Достижения науки | doi:10.1126/sciadv.aap9957 | Гарвардский университет SEAS

Следующий шаг — прикрепить металинзу к искусственной мышце таким образом, чтобы это не влияло на способность металинзы фокусировать свет. Естественный глазной хрусталик окружен цилиарными мышцами - кольцом гладких мышц, которое контролирует аккомодацию при просмотре объектов на разных расстояниях путем изменения формы хрусталика.

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

Метлинза фокусирует луч света на датчике изображения | Фото: Capasso Lab/Harvard SEAS

Как вы можете видеть на изображении выше, форма металинзы контролируется электрическим сигналом для формирования необходимых оптических волновых фронтов (красный).