Robótica

Olho eletrônico combina lente plana com músculo artificial

Olho eletrônico é criado combinando metalente com músculo artificial
Foto do protótipo ainda sem as conexões elétricas. O efeito iridescente é produzido pelas nanoestruturas da metalente. [Imagem: Harvard SEAS]

Olho eletrônico

Inspirando-se no olho humano, uma equipe multidisciplinar da Universidade de Harvard, nos EUA, combinou uma lente plana com um músculo artificial.

Embora seja um dispositivo básico e ainda rudimentar em comparação com o olho humano, o protótipo é uma demonstração de conceito de um olho artificial controlado eletronicamente.

"Esta pesquisa combina avanços na tecnologia dos músculos artificiais com a tecnologia de metalentes para criar uma metalente ajustável que pode mudar seu foco em tempo real, assim como o olho humano," disse o pesquisador Alan She.

"Fomos um passo além rumo ao desenvolvimento da capacidade de corrigir dinamicamente aberrações como o astigmatismo e o deslocamento da imagem, que o olho humano não consegue fazer naturalmente," acrescentou.

Metalente com músculo artificial

As metalentes são superfícies planas dotadas de nanoestruturas projetadas com precisão para focar a luz de uma determinada maneira - elas são construídas com a mesma tecnologia dos metamateriais e das metassuperfícies.

Enquanto as metalentes feitas até agora eram minúsculas, a equipe já consegue fabricar protótipos até na faixa dos centímetros. Para isso, eles tiveram que desenvolver um algoritmo que comprime a quantidade de dados envolvidos no projeto das nanoestruturas que manipulam a luz.

"Como as nanoestruturas são minúsculas, a densidade de informações em cada lente é incrivelmente alta," explicou She. "Se você passar de uma lente de 100 micrômetros para uma lente na faixa dos centímetros, você aumenta a informação necessária para descrever a lente por 10.000. Sempre que tentamos aumentar a lente, só o arquivo do projeto salta para a casa dos gigabytes ou mesmo terabytes."

No olho humano, a lente - o cristalino - é circundada pelo músculo ciliar, que estica ou comprime a lente, alterando seu formato para ajustar sua distância focal. No dispositivo robótico, esse músculo foi substituído por um elastômero dielétrico transparente que tem como propriedade óptica a capacidade de fazer com que a luz viaje com baixo nível de perda, para não interferir com a imagem.

O músculo artificial de elastômero é controlado eletricamente. À medida que ele se estende, os nanopilares se deslocam na superfície da metalente, alterando a forma como a lente inteira foca a luz. A metalente pode ser ajustada controlando tanto a posição dos pilares em relação aos vizinhos quanto o deslocamento total das nanoestruturas.

Olho eletrônico é criado combinando metalente com músculo artificial
Nos testes, a metalente adaptativa focaliza os raios de luz em um sensor de imagem de uma câmera (esquerda). Um sinal elétrico controla a forma da metalente para produzir as frentes de onda ópticas desejadas (mostradas em vermelho), resultando em melhores imagens. [Imagem: Second Bay Studios/Harvard SEAS]

Uso eletrônico

Os testes mostraram que esse olho artificial primitivo consegue simultaneamente focar a luz, controlar aberrações causadas por astigmatismos, bem como executar deslocamentos da imagem.

Embora seja um conceito promissor para óculos e lentes de contato inteligentes no futuro, essa tecnologia deverá encontrar aplicações mais prontamente em aparelhos eletrônicos, como câmeras, e em microscópios e telescópios.

Bibliografia:

Adaptive metalenses with simultaneous electrical control of focal length, astigmatism, and shift
Alan She, Shuyan Zhang, Samuel Shian, David R. Clarke, Federico Capasso
Science Advances
Vol.: 4: eaap9957
DOI: 10.1126/sciadv.aap9957

Large area metalenses: design, characterization, and mass manufacturing
Alan She, Shuyan Zhang, Samuel Shian, David R. Clarke, Federico Capasso
Optics Express
Vol.: 26, Issue 2, pp. 1573-1585
DOI: 10.1364/OE.26.001573




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