Ha valaha fogtál már a kezedben egy tükörreflexes (SLR) fényképezőgépet, különösen egy zoom objektívvel felszereltet, akkor tudod, milyen nehéz és macerás tud lenni a fókuszálás. A digitális SLR-ek gyorsabbak ugyan, de még mindig nem képesek olyan finoman és automatikusan váltani a fókuszt, mint az emberi szemünk, amely óránként ezerszer is alkalmazkodik. A kamera lencséi merevek és masszívak, ráadásul fizikailag előre-hátra kell mozgatni őket a fókusz beállításához – míg az emberi szem puha, kicsi és rugalmas, pillanatok alatt képes átváltani a közeli pókhálóról a távoli napfényre.
Miért nem lehetnek a kamerák olyan okosak és gyorsak, mint az emberi szem?
Ez engem mindig is meglepett. Gondolj csak bele: az emberi szem egy csoda! Nem kell hozzá semmilyen mechanikus szerkezet vagy elektronika ahhoz, hogy villámgyorsan alkalmazkodjon a különböző távolságokhoz. Ezzel szemben egy hagyományos kamera objektívje nehéz, törékeny és bonyolult mechanikával működik. Nem csoda, hogy a természetet utánozni próbáló mérnökök régóta keresik azt az anyagot vagy megoldást, ami egyszerre lenne rugalmas, tartós és intelligens.
A Georgia Tech kutatóinak áttörése: a PHySL
Na most jön az igazán izgalmas rész! Corey Zheng és Shu Jia, a Georgia Tech kutatói kifejlesztettek egy teljesen újfajta lencsét – egy bioinspirált, fényre reagáló hidrogel puha lencsét (PHySL). Ez nem csak egy újabb optikai eszköz; ez egy olyan rendszer, ami az emberi szem ciliáris izmait utánozza. Nem kell többé nehéz lencséket előre-hátra tolni vagy bonyolult fogaskerekeket használni – helyette ez a hidrogel alapú polimer képes összenyomódni vagy megnyúlni, hogy beállítsa a fókuszt.
Képzeld el: egy puha anyag dolgozik helyetted úgy, mint az izmaid! Ez nem sci-fi többé.
Hogyan működik pontosan a PHySL?
A legmenőbb dolog ebben az egészben az, hogy nincs szükség elektronikus jelekre vagy bonyolult vezérlésre. A PHySL maga reagál a fényre – mintha önállóan „érezné”, hogy mikor kell változtatnia. A kutatók ezt úgy írják le, hogy „dinamikus hidrogel aktuátort használ, amely autonóm módon hasznosítja az optikai energiát”. Ez azt jelenti, hogy különböző fényerősségű részek megvilágításával finoman szabályozható a fókusz – teljesen optikai úton.
Ez hatalmas előrelépés: búcsút inthetünk a merev anyagoknak és az elektronikával járó komplikációknak. A PHySL rugalmasabbá teszi az optikát, tartósabbá és biztonságosabbá – különösen akkor, ha élőlényekkel érintkezik.
Miért fontos ez a robotoknak?
A filmekben látható fémrobotoknak (gondolj csak WALL-E-re vagy R2D2-re) tökéletesen megfelelnek az üveg- vagy műanyag szemek. De mi van azokkal az új generációs puha robotokkal, amelyeknek orvosi eszközként vagy természetes környezetben kell működniük? Ezeknek az autonóm gépeknek olyan érzékelőkre van szükségük, amelyek nem törnek el könnyen és nem ártanak semminek körülöttük.
A PHySL pont ezt kínálja: puha anyagból készült lencsék alacsony energiafelhasználással és önálló működéssel. Ezek ideálisak lehetnek sebészeti endoszkópokhoz vagy akár finom tárgyakat mozgató „Inspector Gadget”-stílusú robotkarokhoz is. Mivel ezek az eszközök hajlékonyak és nyújthatók, olyan helyeken is boldogulnak majd, ahol merev társaik elakadnának vagy megsérülnének.
Puha technológia – miért lesz ez nagy dobás?
A puha robotika már régóta használ okos anyagokat mozgatásra és hajlításra. Az optikai rendszerek integrálása viszont eddig kihívást jelentett: sok hagyományos puha lencse folyadékkal töltött rekeszeket vagy elektronikát igényelt. Ezek pedig bonyolulttá tették a rendszereket, növelték a sérülésveszélyt és korlátozták a mozgást.
A PHySL viszont mindezt megkerüli: fényaktiválással működik elektronikamentesen. Ez egyszerűbbé teszi a tervezést és megbízhatóbbá az eszközöket.
Mire számíthatunk a jövőben?
Zheng és Jia már most azon dolgoznak, hogy tovább fejlesszék ezt az innovációt. Céljuk gyorsabban reagáló és erőteljesebben összehúzódó hidrogelek kifejlesztése – így még precízebb lesz a fókuszállítás. Emellett egy prototípust is készítettek egy teljesen elektronikamentes kamerából, amelybe beépítették ezt a fényre aktiválódó mikrofluidikus chipet.
Ha minden jól megy, ezekkel az új lencsékkel felszerelt puha robotok akár mélytengeri kalandokra is indulhatnak – vagy akár belülről fedezhetik fel testünket egy mini Fantasztikus Utazás módjára.
Zárszó
Ez az egész fejlesztés számomra azt mutatja meg igazán: mennyire zseniális tud lenni a természet inspirációja. Az emberi szem egyszerűsége és hatékonysága olyan mércét állít fel nekünk mérnököknek és tudósoknak, amit érdemes követni. A PHySL pedig nemcsak technológiai újdonság – hanem egy lépés afelé, hogy gépeink valóban élő szervezetekhez hasonlóan alkalmazkodjanak környezetükhöz.
Te mit gondolsz? Vajon mikor lesznek ezekből az okos puha lencsékből hétköznapi eszközök? És milyen új lehetőségeket nyithatnak meg előttünk? Én már alig várom!
Forrás: https://newatlas.com/robotics/physl-light-activated-soft-robotic-eye/
