Lentes complexas e de formas livres fabricadas com líquidos

Redação do Site Inovação Tecnológica - 24/11/2021

A inovação não apenas barateia as lentes, como também abre campos totalmente novos de aplicação.
[Imagem: Mor Elgarisi et al. - 10.1364/OPTICA.438763]

Lentes fabricadas com líquidos

Já existe tecnologia para fabricar lentes e espelhos deformáveis, mas são técnicas só aplicáveis para projetos de milhões de dólares, como no caso da construção de grandes telescópios.

Mas uma equipe do Instituto Technion e do MIT queria algo bem mais simples e barato - uma tecnologia que pudesse ser utilizada para fazer lentes de óculos rapidamente, para atender os 2,5 bilhões de pessoas que não têm acesso à correção visual no mundo todo.

Eles não apenas conseguiram, como descobriram que sua técnica pode ser usada para aplicações muito mais avançadas.

"Nós queríamos encontrar um método simples para fabricar componentes ópticos de alta qualidade que não dependa de processamento mecânico ou infraestrutura complexa e cara," disse o pesquisador Valeri Frumkin, atualmente no MIT. "Descobrimos então que podíamos expandir nosso método para produzir topografias ópticas muito mais complexas e interessantes. "

Lentes líquidas

Hoje, para se fabricar uma lente, parte-se de um pedaço de vidro mais espesso que a parte mais espessa da lente que se quer obter, e então submete-se o vidro a um delicado processo de lixamento até que ele atinja o formato final desejado.

A chave para a inovação foi criar as lentes não de vidro, mas de polímeros, que são inicialmente líquidos, criando uma lente líquida.

Um dos principais desafios na fabricação de óptica por cura de um polímero líquido é que, para lentes maiores do que cerca de 2 milímetros, a gravidade domina as forças superficiais, o que faz com que o líquido se achate em uma poça, muito diferente do formato de uma lente.

Para contornar isso, os pesquisadores desenvolveram uma forma de fabricar as lentes submergindo o polímero líquido dentro de outro líquido com densidade diferente - a flutuabilidade neutraliza a gravidade, permitindo que a tensão superficial domine, gerando o formato desejado da lente.

As lentes já nascem perfeitas, sem precisar de polimento.
[Imagem: Technion]

Lentes com formas livres

Acontece que essa técnica abre caminho para muito mais do que fazer lentes para óculos: Torna-se possível fabricar lentes com formato livre.

Com a gravidade fora de cena, os pesquisadores descobriram que podiam fabricar superfícies ópticas lisas controlando a topografia da superfície do líquido da lente. Isso é feito injetando o líquido da lente em uma armação de suporte, de modo que o polímero umedeça o interior da armação e depois relaxe em uma configuração estável. Tão logo a topografia necessária é alcançada, o líquido da lente pode ser solidificado por exposição a raios ultravioleta ou outros métodos de cura, completando o processo de fabricação.

A equipe demonstrou várias geometrias - incluindo formas toroidais e de trevo - e tamanhos de até 200 mm. As lentes resultantes apresentam qualidades de superfície semelhantes às melhores tecnologias de polimento disponíveis, embora sejam várias ordens de magnitude mais rápidas e mais simples de fazer.

As possibilidades de aplicação são inúmeras, mas pode-se começar pensando em lentes corretivas que levem em conta a topografia da córnea do usuário, oferecendo um novo nível de correção visual.

"Nós identificamos uma gama infinita de topografias ópticas possíveis que podem ser fabricadas usando nossa abordagem," disse o pesquisador Mor Elgarisi. "O método pode ser usado para fazer componentes de qualquer tamanho e, como as superfícies líquidas são naturalmente lisas, não é necessário polir. A abordagem também é compatível com qualquer líquido que possa ser solidificado e tem a vantagem de não produzir resíduos."

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