Soczewka hydrożelowa reaguje naturalnie na światło. Jest to możliwe dzięki sieci polimerów i cząsteczek tlenku grafenu, która pochłania energię świetlną.
Naukowcy z Georgia Tech opracowali niezwykle wydajne oko robota, które może automatycznie dostosowywać ostrość bez konieczności korzystania z zewnętrznego źródła energii. To osiągnięcie, opublikowane w czasopiśmie Science Robotics, stanowi ważny krok w ewolucji robotyki miękkiej i projektowaniu autonomicznych systemów optycznych.
Urządzenie zostało stworzone przez badacza Coreya Zheng i jego promotora Shu Jia. Obaj opracowali soczewkę wykonaną z inteligentnego hydrożelu, który w naturalny sposób reaguje na światło. Materiał ten składa się z sieci polimerów i maleńkich cząstek tlenku grafenu, które pochłaniają energię świetlną i przekształcają ją w ciepło, powodując kurczenie się lub rozszerzanie hydrożelu w zależności od intensywności światła.
Kiedy system się nagrzewa, hydrożel kurczy się i zmienia krzywiznę soczewki, co pozwala na automatyczne ustawianie ostrości obiektów. Po zniknięciu światła materiał powraca do swojego pierwotnego kształtu, a soczewka wraca do swojego pierwotnego stanu. Proces ten, który nie wymaga elementów elektrycznych, całkowicie autonomicznie odtwarza zachowanie ludzkiego oka.
Miękkie roboty, które widzą bez użycia energii elektrycznej
Postęp ten wpisuje się w dziedzinę robotyki miękkiej, gałęzi inżynierii, której celem jest tworzenie elastycznych i bezpiecznych maszyn inspirowanych organizmami żywymi. Jak wyjaśnił Zheng w wywiadzie dla LiveScience, „jeśli roboty nie wykorzystują energii elektrycznej lub są bardziej miękkie, należy przemyśleć, w jaki sposób mogą one postrzegać otoczenie bez sztywnych czujników i przewodów”. Ta innowacja pozwala robotom reagować na otoczenie, wykorzystując wyłącznie energię świetlną, co czyni je bardziej zrównoważonymi i wydajnymi.
Podczas testów laboratoryjnych zespół sprawdził, że oko robota potrafi rozróżniać mikroskopijne szczegóły z wyjątkową precyzją, takie jak włoski na nodze mrówki lub struktury ziarna pyłku. Jego rozdzielczość przewyższa nawet niektóre konwencjonalne systemy optyczne, bez konieczności stosowania źródeł zasilania.
Potencjalne zastosowania
Zespół Georgia Tech twierdzi, że technologia ta mogłaby zastąpić szklane soczewki tradycyjnych mikroskopów optycznych. Jej zdolność do autonomicznego działania pozwoliłaby na uzyskanie wysokiej jakości obrazów bez użycia energii elektrycznej, co otwiera nowe możliwości w takich dziedzinach, jak biomedycyna, badania środowiskowe czy tworzenie samowystarczalnych czujników.
Obecnie naukowcy pracują nad zintegrowaniem soczewki z systemem mikroprzepływowych zaworów wykonanych z tego samego hydrożelu. W ten sposób światło, które rejestruje obraz, służyłoby do uruchamiania wewnętrznych mechanizmów urządzenia, tworząc samowystarczalny system optyczny zdolny do działania bez baterii.
Hydrożel wrażliwy na światło mógłby naśladować cechy wzrokowe zwierząt o zdolnościach przewyższających ludzkie, takie jak pionowe oko kota lub siatkówka w kształcie litery „W” u mątw. Struktury te pozwalają wykrywać kształty i kolory, których ludzkie oko nie jest w stanie dostrzec. „Możemy kontrolować soczewkę w niesamowity sposób” – powiedział Zheng, podkreślając potencjał tej innowacji w tworzeniu kamer, czujników i adaptacyjnych systemów wizyjnych, które zmienią przyszłość robotyki miękkiej.
