Использование многих гаджетов, фокусирование взгляда на маленьком предмете, сухие глаза – это лишь маленькая часть проблем, который испытывает человеческий глаз в наше время. А сколько людей теряют глаза в авариях, при несчастных случаях? Несомненно, современная оптика очень сильно изменилась, по сравнению с оптикой лет 20 назад. Но нет предела совершенству.

Вспомним уроки оптики в школе. Глаз человека может изменять кривизну хрусталика с помощью линзы, которая фокусирует отражение  световых лучей от объекта. Это помогает видеть предметы как близко, так и далеко.

Гарвардские исследователи из Школы инженерных и прикладных наук Гарварда Джона А. Полсона (SEAS), под руководством Дэвида Кларка и Федерико Капассо, разработали плоский искусственный глаз с электронным управлением. Он может фокусировать, корректировать астигматизм, аберрации и другие виды размытости в реальном времени.

Полученный глаз состоит из адаптивных металинз и искусственных мышц, которые могут управлять глазом. Адаптивные металинзы, это такие линзы, которые умеют фрагментарно подстраиваться на наноуровне под реальность и эти самым «видеть» и управлять темы самыми мышцами.

Для этого нужно прописать все варианты возможных параметров. И разработчики сумели минимизировать расчеты, упростили систему контроля металинз до таких величин, которые без проблем сумели «вписаться в диаметр в 1 см и толщиной в 30 микрон. Также была решена задача прикрепления их мышц к линзе — подобрали полимер с подходящими параметрами рассеивания проходящего через него света. Таким образом, получили и металинзу и систему управления в одной плоскости, что удобно для использования в другие оптические системы.

То есть мы имеем металинзу – это некий набор наночастиц, расстояние между ними меньше длины волны. Меняя это расстояние, мы можем корректировать параметры. При подаче напряжения на искусственные мышцы металинза сжимается или растягивается, тем самым уменьшая или увеличивая фокусное расстояние.

На рисунке видно, как адаптивные металлы в центре управляются электродами из углеродных нанотрубок. И те же самые металлы фокусируют световые лучи на датчик изображения. Сам сигнал, как и говорилось ранее, позволяет получить желаемые значения параметров, что приводит к качественным изображениям.

Принцип устройства «искусственного глаза»: синим цветом показана металинза, вокруг нее искусственная полимерная мышца, управляемая четырьмя электродами. Справа приведены оптические фотографии металинзы при различных значениях поданного напряжения и соответствующие им картины после двумерного преобразования Фурье

В дальнейшем такая разработка может очень сильно помочь в офтальмологии, например при астигматизме.

«Мы делаем еще один шаг вперед, чтобы создать возможность динамического исправления аберраций, таких как астигматизм и сдвиг изображения, что естественным образом не может сделать человеческий глаз», — заявил аспирант SEAS Алан Ше.

В технологии такой гаджет послужил бы хорошую службу в камерах мобильных телефонов, очках для виртуальной и дополненной реальности. Хорошим подспорьем послужило б такое открытие и для тех, кто работает с электрическими оптическими микроскопами.

Сейчас ведется работа над приобретением защиты интеллектуальной собственности и рассматривается возможность коммерциализации проекта.

 «Это исследование дает возможность объединить две отрасли промышленности, производство полупроводников и создание объективов, благодаря чему для изготовления оптических компонентов на основе метаповерхностей, таких как линзы, будет использоваться технология, используемая для изготовления компьютерных микросхем», — сказал Капассо.