Исследователи из Школы технических и прикладных наук (School of Engineering and Applied Sciences, SEAS) Гарвардского университета разработали технологию изготовления адаптивных металинз, которые являются основой «искусственного глаза», которым можно управлять при помощи электроники.
Эта адаптивная металинза может контролировать все три основных параметра, определяющие качество получаемого изображения, фокусное расстояние, астигматизм и центровку изображения. В будущем такие металинзы могут стать основой систем оптического зума и автофокусировки камер сотовых телефонов, «умных» очков, устройств виртуальной и дополненной реальности.
При создании «искусственного глаза» ученым из Гарварда пришлось решить ряд достаточно сложных проблем. Первая проблема имеет отношение к металинзам, линзам, которые преломляют свет не за счет своей формы, а за счет наличия на их поверхности огромного количества упорядоченных наноструктур соответствующей формы, размеры которых меньше длины волны света.
Исследователи столкнулись с тем, что объем данных файла, описывающего структуру металинзы, увеличивался с нескольких гигабайт до нескольких терабайт когда размеры линзы увеличивались от десятков микронов до сантиметра. Для решения этой проблемы был создан новый алгоритм кодирования информации, сокративший объем файла, но сохранивший совместимость с технологиями, используемыми для производства интегральных схем. Именно этот новый формат и позволил исследователям изготовить металинзы, размером в один сантиметр и больше.
Второй успешно решенной проблемой стала проблема создания подходящего типа искусственного мускула, сокращением которого можно управлять чисто электронным способом. Естественная линза человеческого глаза окружена ресничным мускулом, который или сжимает или растягивает ее, изменяя фокусное расстояние. В искусственном глазе роль этого мускула выполняет специальный электроактивный эластомер.
Проблема, с которой довелось столкнуться исследователям, заключалась именно в этом эластомере, который, помимо способности сокращаться или растягиваться под воздействием электрического тока, должен был быть абсолютно прозрачным.
После череды попыток и испытаний исследователи нашли подходящий материал, на поверхность которого была прикреплена предварительно изготовленная металинза. Прикладываемый к материалу искусственного мускула электрический потенциал заставляет этот материал или сжиматься или растягиваться, что приводит к уменьшению или увеличению расстояния между наноструктурами на поверхности металинзы. Это, в свою очередь, приводит к изменениям оптических свойств этой металинзы и обеспечивает ее адаптивный характер.
В настоящее время толщина искусственного глаза, т.е. толщина слоя искусственного мускула и металинзы, составляет порядка 30 микрон. Единственным недостатком является достаточно высокое напряжение, которое требуется приложить к искусственному мускулу для получения необходимого растяжения или сжатия. Но эту проблему исследователи планируют решить в ближайшем времени, произведя поиск нового материала, которым можно управлять более низким напряжением.
Параллельно с этим ученые постараются увеличить функциональность адаптивной металинзы, после чего ее можно будет использовать в микроскопах, телескопах и других оптических устройствах следующего поколения, где одна плоская адаптивная металинза сможет заменить собой сложную оптическую систему, состоящую из нескольких компонентов.
