Amerikaanse onderzoekers maakten een speciale lens, die zich kan strekken dankzij kunstmatige spieren. De lens stelt kan zichzelf scherpstellen aan de hand van wat hij 'ziet', net als een menselijk oog. Hij corrigeert zelfs voor optische afwijkingen.
Een menselijk oog bevat een bolle lens, die scherp stelt door zichzelf platter of boller te maken. Deze vormverandering vindt plaats door een kringspier rondom de lens. Onderzoekers van Harvard University slaagden erin om deze werking na te bootsen, en zelfs te verbeteren, in een kunstmatig oog.
Metalens
Hiervoor gebruikten ze een platte lens gemaakt van metamateriaal, een metalens (lees: ‘Mysterie metamateriaal’). Metalenzen bundelen licht dankzij een speciaal patroon in de lens, en hebben een grootte van enkele honderden micrometers.
Zo'n lens maken is niet makkelijk. Het patroon is maar een paar nanometers groot en niet overal hetzelfde, waardoor het bouwen van zo'n lens veel tijd kost. ‘Omdat de nanostructuren zo klein zijn, is de informatiedichtheid van elke lens ongelooflijk hoog,’ zegt PhD-kandidaat Alan She in een persbericht. Toen de onderzoekers een grotere metalens probeerden te maken, werd het ontwerpbestand giga- of zelfs terabytes groot.
Om dit probleem op te lossen, ontwierpen de wetenschappers een algoritme dat de grootte van het ontwerpbestand 1000 keer verkleint. Daarmee maakten ze metalenzen met een diameter van enkele centimeters.
Kunstspier
Een elektrisch signaal reguleert de vorm van de metalens.
Bron: Second Bay Studios.
De volgende stap was het maken van een geschikte kunstspier, zodat de lens zich kon strekken. Hiervoor kozen de onderzoekers een doorzichtig, elastisch materiaal dat elektrische energie omzet in een mechanische verandering. Dit materiaal zorgt voor weinig lichtverstrooiing, zodat de lens nog steeds licht kan focusseren.
Scherp stellen
Wanneer de kunstspier uitrekt door een elektrisch signaal, beweegt de metalens mee. Dit zorgt voor kleine veranderingen in het patroon van de lens, waardoor lichtstralen er op een andere manier doorheen gaan. Op deze manier kon het kunstmatige oog zich in real time scherp stellen, net als een menselijk oog. Dankzij de nanopatronen corrigeert hij zelfs voor optische afwijkingen, zoals astigmatisme.
‘In alle optische systemen — van camera’s tot microscopen en telescopen — komt het voor dat onderdelen niet helemaal goed zijn uitgelijnd, door mechanische stress. Afhankelijk van de manier waarop ze zijn gebouwd en hun huidige omgeving, zullen er altijd aberraties zijn, die gecorrigeerd kunnen worden door een adaptief optisch element,’ aldus She. Dat betekent dus dat met dit soort lenzen camera's beter kunnen worden.
Het volgende doel van de onderzoekers is om de functionaliteit van het 'oog' te verbeteren en om het voltage waarmee ze de lens aansturen, te verlagen.
Openingsfoto: De metalens zonder elektroden. De nanostructuren van de metalens zorgen voor de kleurrijke verschijning. Bron: Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences.
Nieuwsbrief
Vond je dit een interessant artikel, abonneer je dan gratis op onze wekelijkse nieuwsbrief.