Olho metamórfico dará a robôs visão de olhos compostos, como os insetos

Redação do Site Inovação Tecnológica - 28/09/2023

O sistema pixelado produz cores estruturais, como as encontradas nas asas dos insetos.
[Imagem: Yi Pan et al. - 10.1002/advs.202300347]

Olho metamórfico

Inspirados nas estruturas produtoras de cores nas asas das borboletas, pesquisadores desenvolveram um sistema de mudança suave de cores que pode viabilizar uma classe inteiramente nova de dispositivos ópticos, incluindo sistema compostos de visão artificial, similares aos dos olhos "múltiplos" dos insetos.

O sistema pixelizado de mudança de cor foi batizado de Moca (Morphable Concavity Array, ou Matriz de Concavidade Transformável) por Yi Pan e colegas da Universidade de Hong Kong.

Sistemas pixelados de mudança de cor suave são estruturas maleáveis que mudam de cor alterando o modo como interagem com a luz. Eles têm aplicações em uma ampla gama de indústrias, desde bandagens médicas que mudam de cor em caso de infecção, até telas dobráveis de celulares e tablets, bem como na tecnologia vestível, onde sensores são integrados ao tecido das roupas.

A versão criada por Pan é uma estrutura fina (equivalente a cerca de 3 fios de cabelo humano), com a consistência de uma borracha, formada por duas camadas; a camada superior é um filme de cristal fotônico atuador feito de elastômero (PC-EA) e a inferior é uma matriz de furos, uma treliça com espaçamento regular de buracos redondos. O próprio filme PC-EA consiste em duas camadas, uma camada de elastômero (GPDMS) na parte superior e uma camada de hidrogel (pNIPAM) embaixo.

Sistema multicamada dos olhos metamórficos, no qual cada olho pode ser alterado dinamicamente, em tempo real.
[Imagem: Yi Pan et al. - 10.1002/advs.202300347]

Píxel microfluídico

Quando etanol é adicionado à camada pNIPAM, ela incha e a tensão resultante puxa a camada de elastômero GPDMS para baixo no orifício da matriz de furos, gerando uma forma côncava semelhante a um prato, chamada concavidade transmórfica (MoC), que funciona como um píxel - após a formação da concavidade, a luz vermelha é bloqueada e a cor visível do píxel muda de vermelho para azul.

Ou seja, a estrutura gera a chamada cor estrutural, ou cor física. Em vez de corantes, o que gera a cor é o mesmo princípio encontrado nas asas das borboletas, que produzem cores vibrantes e iridescentes que nunca desbotam. Embora existam inúmeras estruturas físicas projetadas para produzir cor estrutural, aqui o sistema é dinâmico, permitindo que as cores sejam alteradas em tempo real.

"A estratégia de mudança de cor do MoCA é alcançada alterando sua morfologia local, especificamente controlando a transição entre os estados 'plano' e 'côncavo'. Isso diferencia o MoCA de outros sistemas pixelados de mudança de cor," disse o professor Pan.

Outro avanço é que as mudanças de cor nos píxeis podem ser manipuladas individualmente, uma vez que cada píxel é conectado a um "sistema de tubulação" individual, por onde o etanol é entregue ou retirado. "Usamos microfluídica multicanal para introduzir e remover solventes para manipular o MoCA, oferecendo uma abordagem complementar aos métodos eletrocrômicos convencionais," explicou Pan.

Demonstrações do sistema.
[Imagem: Yi Pan et al. - 10.1002/advs.202300347]

Olhos compostos e além

Além de telas, que é sua aplicação mais óbvia, a tecnologia pode ser usada contra falsificações, por exemplo oculta em produtos, como roupas, padrões ou códigos QR, que só podem ser visíveis sob certas condições.

O objetivo de longo prazo da equipe, no entanto, é usar os princípios usados nesta demonstração - matéria mole e microfluídica - para construir dispositivos ópticos que imitem, e superem, as capacidades dos olhos compostos dos insetos. Os olhos compostos contêm múltiplas estruturas de processamento de luz e oferecem diversas vantagens sobre a visão não composta, como um campo de visão mais amplo e a capacidade de focar vários objetos ao mesmo tempo.

A deformação da única lente do olho humano, o cristalino, nos permite focar em diferentes distâncias, o que tem suas vantagens, como um foco central melhor, maior resolução e melhor percepção de cores. Já a nova tecnologia, onde unidades individuais podem ser deformadas e criarem múltiplas lentes, permite alterar o foco localmente, gerando uma imagem inteiramente focada. A ideia é, então, tirar proveito das vantagens de ambos os sistemas.

"Dispositivos ópticos com uma combinação de olho composto e lente cristalina não apenas imitariam a natureza, mas a transcenderiam," disse o professor Ho Cheung Shum, coordenador da equipe.

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