Гибкие линзы: мягкие роботы обретут зрение

Учёные из Университета Джорджии разработали инновационную адаптивную линзу, вдохновлённую строением человеческого глаза. Она изготовлена из мягких, реагирующих на свет материалов, напоминающих живые ткани. Исследование опубликовано в журнале Science Robotics.

В отличие от громоздких и жёстких оптических систем современных камер, требующих механических приводов для фокусировки и регулировки интенсивности света, человеческий глаз достигает тех же результатов с помощью гибких тканей. Разработанная линза, получившая название PHySL (photo-responsive hydrogel soft lens), заменяет традиционные жёсткие компоненты полимерами, действующими как искусственные мышцы.

Основу материала составляет гидрогель — полимерный материал на водной основе. При воздействии света этот гидрогель сжимается, изменяя форму линзы и, соответственно, её фокусное расстояние. Этот механизм схож с работой цилиарных мышц в глазу человека. Управление линзой осуществляется бесконтактно, путём проецирования света на её поверхность. Точность управления формой достигается за счёт избирательного освещения определённых участков гидрогеля.

Преимущества технологии:

• Гибкость и безопасность: Отсутствие жёстких оптических элементов делает систему более прочной и безопасной, особенно при контакте с биологическими тканями.
• Компактность: Система значительно компактнее традиционных оптических решений.
• Низкое энергопотребление: Отсутствие необходимости в электронике снижает энергопотребление.

Применение в робототехнике и медицине:

Технология искусственного зрения активно применяется в робототехнике и медицинских инструментах. Однако существующие решения зачастую опираются на жёсткие материалы и требуют значительного энергопотребления. Разработанная мягкая линза идеально подходит для применения в областях, где важна гибкость, автономность и интеграция с мягкими материалами.

Мягкие роботы, сконструированные из податливых материалов по подобию живых организмов, отличаются повышенной прочностью и адаптивностью. Они находят применение в разработке хирургических эндоскопов, захватов для хрупких предметов и роботов для навигации в труднодоступных средах.

Медицинские инструменты с использованием тканеподобных материалов обеспечивают более мягкое взаимодействие с телом, что повышает их безопасность. Примерами могут служить носимые датчики, имитирующие кожу, и имплантаты с гидрогелевым покрытием.

Перспективы развития:

В настоящее время исследователи работают над повышением производительности системы за счёт использования новых типов гидрогелей, обладающих более быстрыми и мощными сократительными способностями. Планируется интеграция разработанной линзы в роботизированные системы для создания автономного зрения, лишённого необходимости в электронике. Это откроет новые возможности для разработки мягких визуальных сенсоров.