據(jù)外媒報道，受人眼的啟發(fā)，佐治亞理工學院（Georgia Tech）生物醫(yī)學工程實驗室設計出一種由柔軟、光響應、類似組織的材料制成的自適應透鏡。相關(guān)研究論文發(fā)表在期刊《Science Robotics》上。

圖片來源： 期刊《Science Robotics》

可調(diào)節(jié)的攝像系統(tǒng)通常需要一組笨重、可移動的固體透鏡，以及位于攝像芯片前方的pupil（指?光學系統(tǒng)的入瞳或出瞳）來調(diào)節(jié)焦距和進光量。相比之下，人眼則使用高度緊湊的柔軟、靈活的組織來實現(xiàn)同樣的功能。

該透鏡被稱為光響應水凝膠柔性透鏡（photo-responsive hydrogel soft lens，PHySL），利用充當人工肌肉的軟聚合物取代了剛性組件。這些聚合物由水凝膠（一種水基聚合物材料）構(gòu)成。這種水凝膠肌肉可以改變?nèi)嵝酝哥R的形狀，從而改變透鏡的焦距，其機制類似于人眼的睫狀肌。

水凝膠材料會響應光線收縮，因此無需觸碰，只需將光線投射到其表面即可控制透鏡。這一特性還使研究人員能夠通過選擇性地照射水凝膠的不同部位來精細控制透鏡的形狀。通過消除剛性光學元件和結(jié)構(gòu)，新系統(tǒng)更加靈活且柔順，使其更耐用，與人體接觸時也更安全。

重要性

使用攝像頭的人工視覺在各種技術(shù)系統(tǒng)中都很常見，包括機器人和醫(yī)療工具。構(gòu)成視覺系統(tǒng)所需的光學元件通常仍局限于使用電力驅(qū)動的剛性材料。這種局限性對新興領域構(gòu)成了挑戰(zhàn)，包括軟體機器人和將軟體材料集成到靈活、低功耗和自主系統(tǒng)中的生物醫(yī)學工具。最新的柔性透鏡尤其適合這項任務。

軟體機器人是由柔性材料和結(jié)構(gòu)制成的機器，其靈感源自動物。這種額外的靈活性使它們更加耐用且適應性更強。研究人員正在利用這項技術(shù)開發(fā)手術(shù)內(nèi)窺鏡、用于處理精密物體的夾持器以及用于在剛性機器人難以駕馭的環(huán)境中導航的機器人。

同樣的原理也適用于生物醫(yī)學工具。類組織材料可以軟化人體與機器之間的界面，使其能夠隨身體移動，從而提高生物醫(yī)學工具的安全性。這些材料包括仿皮膚的可穿戴傳感器和水凝膠涂層植入物。

該領域目前還有哪些其他研究正在進行？

這項研究融合了可調(diào)光學器件和柔性“智能”材料的概念。雖然這些材料通常用于制造柔性執(zhí)行器（例如夾持器或推進器等移動機器的部件），但它們在光學系統(tǒng)中的應用卻面臨挑戰(zhàn)。

許多現(xiàn)有的柔性鏡片設計依賴于充滿液體的囊袋或需要電子設備的執(zhí)行器。這些因素可能會增加其復雜性，或限制其在精密或無線系統(tǒng)中的應用。而光激活設計提供了一種更簡單、無需電子設備的替代方案。

下一步計劃

研究的目標是利用水凝膠材料的進步來提升系統(tǒng)的性能。新的研究已經(jīng)開發(fā)出幾種具有更快、更強收縮能力的刺激響應型水凝膠。未來的目標是結(jié)合最新的材料研發(fā)成果，提升光響應型水凝膠柔性透鏡的物理性能。

研究人員還旨在展示其在新型攝像系統(tǒng)中的實際應用。在目前的工作中，研究人員利用柔軟軟透鏡和定制的光激活微流控芯片開發(fā)了一款概念驗證型無電子相機，并計劃將該系統(tǒng)集成到軟體機器人中，使其擁有無電子視覺。該系統(tǒng)將有力地展示新設計在實現(xiàn)新型軟視覺傳感方面的潛力。