Georgia Tech stellt lichtbetriebene weiche Linse vor, die das menschliche Sehvermögen für die Robotik nachahmt

Georgia Tech Institute of Technology, Atlanta, GA

Die lichtempfindliche weiche Hydrogellinse wurde von Forschern im Labor von Coulter BME Professor Shu Jia entwickelt. (Bild:Georgia Tech)

Ein Team biomedizinischer Ingenieure am Georgia Tech hat einen Durchbruch in der adaptiven Optik vorgestellt:eine biomimetische, lichtbetriebene weiche Linse, die die Fähigkeit des menschlichen Auges nachahmt, sich neu zu fokussieren und sich an wechselnde Lichtverhältnisse anzupassen. Die Forschung wurde in Science Robotics veröffentlicht , eröffnet neue Möglichkeiten für Soft-Robotik, biomedizinische Bildgebung und autonome Bildverarbeitungssysteme.

Inspiriert von der Reaktion des menschlichen Auges auf Licht hat Hauptautor Corey Zheng, ein Ph.D. Kandidat am Wallace H. Coulter Department of Biomedical Engineering, entwickelte ein Linsensystem, das lichtaktivierte künstliche Muskeln nutzt, um die Brennweite zu steuern. Bei Beleuchtung ziehen sich diese Muskeln zusammen und dehnen die Linse, was eine präzise optische Anpassung ohne Elektronik oder Batterien ermöglicht.

„Das menschliche Auge ist in vielerlei Hinsicht wirklich mächtig“, sagte Zheng. „Es ist kompakt, Sie können den Fokus ändern, um auf nahe oder entfernte Objekte zu blicken, und es schützt sich mit Ihren Pupillen selbst vor Licht. Darüber hinaus verfügt es über eine erstaunliche Auflösung.“

Die photoresponsive Hydrogel-Weichlinse (PHySL) besteht vollständig aus weichen, biologisch sicheren Materialien und eignet sich daher ideal für Anwendungen, bei denen starre Optiken unpraktisch sind – wie etwa weiche Roboter und medizinische Geräte, die sicher mit Gewebe interagieren. Das Herzstück des Designs ist ein thermisch reagierendes Hydrogel – ein wasserabsorbierendes Polymer, das häufig in Produkten wie Kontaktlinsen vorkommt –, das mit Graphen angereichert ist, das Licht in Wärme umwandelt und so Formänderungen auslöst, die als künstliche Muskeln wirken. Diese Eigenschaft ermöglicht die Fernsteuerung des Objektivs, ohne dass Batteriestrom oder Kabelverbindungen erforderlich sind.

In Labortests zeigten die Forscher, dass unterschiedliche Beleuchtungsmuster die Brennweite und Bewegung des Objektivs steuern und sogar bestimmte optische Aberrationen hervorrufen können. Diese adaptive Fähigkeit ermöglichte es ihnen, qualitativ hochwertige Bilder von Motiven aufzunehmen, die von einzelnen Zellen bis hin zu ganzen Räumen reichten. Die Leistung ihres Systems war sowohl im Fokusverschiebungsbereich als auch in der Auflösung mit der des menschlichen Auges vergleichbar.

Das Team stellte außerdem einen Prototyp einer elektronikfreien Kamera vor, die die weiche Linse mit einem flüssigkeitsbasierten Bildgebungsschaltkreis kombiniert, der von lichtaktivierten Ventilen angetrieben wird, um den Flüssigkeitsfluss anstelle herkömmlicher elektronischer Fotodetektoren zu steuern. Diese Innovation könnte in chemisch angetriebenen oder passiven Soft-Systemen eingesetzt werden und eine verbesserte Autonomie für biomimetische Roboter ermöglichen.

Die Forschung wurde in Zusammenarbeit mit BME-Professor Shu Jia, dem leitenden Autor der Studie, durchgeführt.

Für weitere Informationen wenden Sie sich bitte an Shu Jia unter Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt. Um es anzuzeigen, muss JavaScript aktiviert sein. oder Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt. Sie müssen JavaScript aktivieren, damit Sie es sehen können.; 404-894-0290.