- 21,558
- 46
- 8 Ноя 2022
Ни проводов, ни батареек — только фотоны, помогающие видеть с точностью до микрометров.
Учёные из Технологического института Джорджии создали искусственный глаз , который умеет сам фокусироваться под действием света — без батареек, проводов и электроники. Механизм работает за счёт гибкого гидрогеля , который сжимается или расширяется при изменении температуры, тем самым подстраивая линзу. Такая система может стать основой для мягких роботов и носимых устройств, где обычные камеры слишком громоздки или чувствительны к внешним условиям. Сенсор реагирует даже на слабое освещение и способен различать мельчайшие детали — вплоть до волосков на лапке муравья или микроскопических частиц пыльцы.
В основе устройства — прозрачная линза из полимера, окружённая кольцом из гидрогеля и закреплённая в миниатюрной рамке. По принципу действия конструкция напоминает человеческий глаз: при изменении освещения кольцо то сжимает, то расслабляет линзу, наводя резкость. Гидрогель состоит из тонкой сетки полимерных цепочек, которые удерживают воду и реагируют на температуру. Когда материал нагревается, он теряет влагу и уменьшается в объёме, при охлаждении — впитывает жидкость и увеличивается.
Чтобы заставить материал реагировать на свет, исследователи добавили в него частицы оксида графена. Этот тёмный наполнитель поглощает излучение и нагревает гидрогель, который в ответ сжимается и слегка деформирует полимерную линзу. В результате система автоматически фокусируется, когда становится ярко, и возвращается в исходное положение, когда освещение уменьшается. Вся работа происходит без участия электроники: свет не только освещает объект, но и сам управляет фокусом.
Команда проверила, насколько точно новая линза может видеть, установив её вместо стеклянного объектива в обычный микроскоп. Испытания показали, что она различает детали размером всего в несколько микрометров. Например, учёные смогли рассмотреть промежуток шириной около четырёх микрометров между коготками клеща, нити грибов толщиной пять микрометров и отдельные волоски на лапке муравья толщиной около девяти микрометров.
Сейчас исследователи разрабатывают более сложную систему, в которой линза объединена с микроканалами и клапанами из того же материала. Свет в этом случае управляет не только фокусировкой, но и движением жидкости внутри микроскопического механизма. То есть один и тот же луч обеспечивает изображение и одновременно служит источником энергии.
Материал можно настраивать под разные задачи, меняя состав гидрогеля, количество оксида графена или толщину кольца. За счёт этого линза может реагировать на разные диапазоны света и имитировать зрение животных. Например, вертикальную щель кошачьего зрачка, которая помогает различать замаскированные формы, или сложную сетчатку каракатицы, позволяющую видеть оттенки, недоступные человеческому глазу.
Учёные из Технологического института Джорджии создали искусственный глаз , который умеет сам фокусироваться под действием света — без батареек, проводов и электроники. Механизм работает за счёт гибкого гидрогеля , который сжимается или расширяется при изменении температуры, тем самым подстраивая линзу. Такая система может стать основой для мягких роботов и носимых устройств, где обычные камеры слишком громоздки или чувствительны к внешним условиям. Сенсор реагирует даже на слабое освещение и способен различать мельчайшие детали — вплоть до волосков на лапке муравья или микроскопических частиц пыльцы.
В основе устройства — прозрачная линза из полимера, окружённая кольцом из гидрогеля и закреплённая в миниатюрной рамке. По принципу действия конструкция напоминает человеческий глаз: при изменении освещения кольцо то сжимает, то расслабляет линзу, наводя резкость. Гидрогель состоит из тонкой сетки полимерных цепочек, которые удерживают воду и реагируют на температуру. Когда материал нагревается, он теряет влагу и уменьшается в объёме, при охлаждении — впитывает жидкость и увеличивается.
Чтобы заставить материал реагировать на свет, исследователи добавили в него частицы оксида графена. Этот тёмный наполнитель поглощает излучение и нагревает гидрогель, который в ответ сжимается и слегка деформирует полимерную линзу. В результате система автоматически фокусируется, когда становится ярко, и возвращается в исходное положение, когда освещение уменьшается. Вся работа происходит без участия электроники: свет не только освещает объект, но и сам управляет фокусом.
Команда проверила, насколько точно новая линза может видеть, установив её вместо стеклянного объектива в обычный микроскоп. Испытания показали, что она различает детали размером всего в несколько микрометров. Например, учёные смогли рассмотреть промежуток шириной около четырёх микрометров между коготками клеща, нити грибов толщиной пять микрометров и отдельные волоски на лапке муравья толщиной около девяти микрометров.
Сейчас исследователи разрабатывают более сложную систему, в которой линза объединена с микроканалами и клапанами из того же материала. Свет в этом случае управляет не только фокусировкой, но и движением жидкости внутри микроскопического механизма. То есть один и тот же луч обеспечивает изображение и одновременно служит источником энергии.
Материал можно настраивать под разные задачи, меняя состав гидрогеля, количество оксида графена или толщину кольца. За счёт этого линза может реагировать на разные диапазоны света и имитировать зрение животных. Например, вертикальную щель кошачьего зрачка, которая помогает различать замаскированные формы, или сложную сетчатку каракатицы, позволяющую видеть оттенки, недоступные человеческому глазу.
- Источник новости
- www.securitylab.ru
