Εμπνεόμενοι από το ανθρώπινο μάτι, ερευνητές του Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) ανέπτυξαν έναν προσαρμοστικό μεταφακό ο οποίος στην ουσία είναι ένα επίπεδο, ηλεκτρονικά ελεγχόμενο τεχνητό μάτι.
Όπως σημειώνει η Harvard Gazette, o μεταφακός αυτός ελέγχει ταυτόχρονα τρεις από τους μεγαλύτερους «παράγοντες» της θολής εικόνας: Την εστίαση, τον αστιγματισμό και τη μετατόπιση εικόνας.
«Αυτή η έρευνα συνδυάζει επιτεύγματα στην τεχνολογία τεχνητών μυών με τεχνολογία μεταφακών για τη δημιουργία ενός μεταφακού που μπορεί να αλλάζει την εστίασή του σε πραγματικό χρόνο, ακριβώς όπως το ανθρώπινο μάτι» λέει ο Άλαν Σι, τελειόφοιτος του SEAS και πρώτος συντάκτης του paper. «Πηγαίνουμε ένα βήμα παραπέρα για να αναπτύξουμε τη δυνατότητα δυναμικής διόρθωσης εκτροπών όπως ο αστιγματισμός και η μετατόπιση εικόνας, που μπορεί να κάνει το ανθρώπινο μάτι από φυσικού του».
«Αυτό επιδεικνύει το εφικτό του ενσωματομένου οπτικού zoom και της αυτόματης εστίασης για ένα μεγάλο εύρος εφαρμογών, περιλαμβανομένων καμερών κινητών τηλεφώνων, γυαλιών και εξοπλισμού virtual και augmented reality» λέει ο Φεντερίκο Καπάσο, καθηγητής Εφαρμοσμένης Φυσικής και senior συντάκτης του paper. «Επίσης επιδεικνύει την πιθανότητα μελλοντικών οπτικών μικροσκοπίων, που λειτουργούν πλήρως ηλεκτρονικά και μπορούν να διορθώνουν ταυτόχρονα πολλές εκτροπές».
Για να φτιάξουν το τεχνητή μάτι, οι ερευνητές πρώτα χρειάστηκε να αυξήσουν την κλίμακα του μεταφακού. Οι μεταφακοί εστιάζουν το φως και εξαλείφουν σφαιρικές εκτροπές μέσω μιας πυκνής αλληλουχίας νανοδομών- η καθεμάι μικρότερο από ένα μήκος κύματος φωτός. Οι πρώτοι μεταφακοί ήταν περίπου στο μέγεθος ενός μεμονωμένου κομματιού glitter.
«Επειδή οι νανοδομές είναι τόσο μικρές, η πυκνότητα της πληροφορίας στον κάθε φακός είναι εξαιρετικά μεγάλη» λέει ο Σι. «Αν πας από έναν φακό των 100 microns σε έναν φακό εκατοστού, θα έχεις αυξήσει την πληροφορία που απαιτείται για την περιγραφή του φακού κατά 10.000. Όποτε προσπαθήσαμε να αυξήσουμε την κλίμακα του φακού, το μέγεθος αρχείου του σχεδίου και μόνο εκτοξευόταν σε gigabytes ή ακόμα και terabytes».
Για να λήσουν αυτό το πρόβλημα, οι ερευνητές ανέπτυξαν έναν νέο αλγόριθμο για να μειώσουν το μέγεθος αρχείου ώστε να καταστήσουν τον μεταφακό συμβατό με την τεχνολογία που χρησιμοποιείται για την κατασκευή ενσωματωμένων κυκλωμάτων.
Μετά οι ερευνητές χρειάστηκαν χρειάστηκε να προσαρμόσουν τον μεγάλο μεταφακό σε έναν τεχνητό μυ χωρίς να μειωθεί η δυνατότητά του ως προς την εστίαση του φακού. Για αυτόν τον λόγο επέλεξαν ένα λεπτό, διαφανές ελαστομερές μέσα στο οποίο το φως μπορούσε να ταξιδεύει χωρίς να διασκορπίζεται πολύ, και το προσάρμοσαν στον φακό.
Το ελαστομερές ελέγχεται μέσω της εφαρμογής τάσης. Καθώς τεντώνεται, η θέση των νανοστηλών στην επιφάνεια του φακού αλλάζει. Ο μεταφακός μπορεί να ρυθμίζεται μέσω του ελέγχου της θέσης των στηλών σε σχέση με τις γειτονικές, αλλά και τη συνολική μετατόπιση των δομών. Οι ερευνητές έδειξαν επίσης πως ο φακός μπορεί ταυτόχρονα να εστιάζει, να ελέγχει τις εκτροπές που προκαλούνται από αστιγματισμούς και να προκαλεί μετατόπιση εικόνας. Μαζί, ο φακός και ο μυς έχουν πάχος μόλις 30 microns.
Το επόμενο βήμα γι ατους ερευνητές είναι η βελτίωση της λειτουργικότητας του φακού και η μείωση της τάσης που απαιτείται για τον έλεγχό του.
