Новое слово в робототехнике: «умное» глазное устройство без электричества
Сжимающийся роботизированный «глаз» способен автоматически фокусироваться в зависимости от освещения без внешнего питания. Ультраточная роботизированная линза обладает чувствительностью, достаточной для различения волосков на ноге муравья или долек пыльцы.
Эта линза может открыть путь к «мягким» роботам с мощным зрением, которые не нуждаются в электронике или батареях для функционирования. Мягкая робототехника может быть применена в различных областях, начиная от носимых технологий, интегрирующихся с организмом человека, и заканчивая автономными устройствами, способными работать в сложных условиях, отмечает Корей Чжэн, ведущий автор исследования и аспирант в области биомедицинской инженерии Технологического института Джорджии.
Однако, «если мы говорим о роботах, которые более мягкие, не электрические, тогда необходимо подумать, как они будут воспринимать окружающий мир», — говорит Чжэн.
Линза изготовлена из гидрогеля, содержащего полимерную структуру, способную захватывать и высвобождать воду, что позволяет гидрогелю находиться между более жидкими и более твердыми состояниями. Этот гидрогель реагирует на тепло, высвобождая воду и уменьшаясь при нагревании, и наоборот — поглощая воду и увеличиваясь при охлаждении.
Исследователи создали кольцо из гидрогеля вокруг силиконовой полимерной линзы, оформляя глазоподобный дизайн в более крупной рамке. Механическая структура напоминает конфигурацию человеческого глаза, отмечает Чжэн.
Гидрогель содержит крошечные частицы оксида графена, которые поглощают свет. Когда световой поток, эквивалентный солнечному, попадает на оксид графена, частицы нагреваются, разогревая гидрогель, что приводит к его сжатию и растяжению, изменяя фокусировку линзы. После удаления источника света гидрогель распухает, снимая напряжение с линзы.
В новой статье, опубликованной в журнале Science Robotics, Чжэн и его научный руководитель Шу Цзя нашли, что эта линза может использоваться вместо стеклянной линзы в традиционных световых микроскопах для различения мельчайших деталей. Например, новая линза способна визуализировать 4-микрометровую щель между клешнями клеща, различать 5-микрометровые нити грибов и обнаруживать 9-микрометровое «поле» на ноге муравья.
Что еще более захватывающе, исследователи интегрируют линзу в микрофлюидную систему клапанов, также изготовленных из реагирующего гидрогеля. Это означает, что свет, используемый для создания изображения, также может служить для питания интеллектуальной автономной системы камер.
И поскольку гидрогель адаптируется, линза может «видеть» гораздо дальше того, что может обнаружить человеческий глаз. Например, она может по аналогии с вертикальным глазом кошки обнаруживать замаскированные объекты или подражать необычной W-образной сетчатке каракатицы, которая способствует восприятию цветов, недоступных для человека.
«Мы можем управлять линзой очень уникальным образом», – заключает Чжэн.
