电子控制平面人造眼睛问世 结合超透镜与人造肌肉技术

新技术

据最新一期《科学进展》杂志报道，受人眼启发，美国研究人员开发出一种自适应超透镜，其本质上是一种电子控制的平面人造眼睛。

这种自适应超透镜可同时控制构成图像的三个主要因素：焦距、散光和像移。哈佛大学工程与应用科学学院科研团队称，新研究将人造肌肉技术与超透镜技术的最新进展相结合，创造出的可调节超透镜能像人眼一样实时调整焦距，在加强人眼无法自然做到的畸变（散光和像移）动态矫正能力方面迈出了坚实一步。

为了构造人造眼睛，研究人员对超透镜进行了放大。超透镜聚焦光线并通过密集的纳米结构图案（每个纳米结构都小于光线的波长）消除球面像差。纳米结构之小造成透镜信息密度极高，超透镜从100微米转换到1厘米时，描述透镜的信息增加1万倍，文件大小增至吉字节乃至太字节级。为此，研究人员开发出一种文件压缩新算法，使超透镜可兼容现有的集成电路制造技术。

之后，研究人员将大型超透镜黏附到人造肌肉上，且不影响其聚光能力。透镜和人造肌肉的总厚度只有30微米。在人眼中，睫狀肌围绕着晶状体，可拉伸或收缩晶状体的形状来调整焦距。研究人员选择了一种低损耗的、薄且透明的介电弹性体附着在透镜上，以保证光线通过材料时的散射会很小，并通过施加电压来控制弹性体。当弹性体拉伸时，透镜表面的纳米柱位置发生改变。控制纳米柱相对于其邻居的位置以及结构的总位移，可调谐超透镜。研究表明，这种超透镜可以同步调焦，控制散光和像移造成的像差。

研究人员称，此项成果展现了嵌入式光学变焦和自动对焦技术的可行性，可广泛应用于手机摄像头、眼镜、虚拟和增强现实器件等。未来光学显微镜亦可借此实现全电子操作，同时校正大量像差。新研究也为半导体制造和透镜制造两个行业的融合提供了可能，未来制造计算机芯片的技术同样可用于制造基于超表面的光学器件。

这项研究是一次材料学和计算机学的“联姻”。科学家们采用纳米结构图案来消除球面像差，又用压缩算法使超透镜能兼容集成电路制造技术。不过，超透镜也不止于模拟人眼。超透镜很轻薄，如果它能代替传统光学装置中那些镜头组，就能让手机、相机都变小。研究者说，他们有望进一步设计出能纠正散光和像移的超透镜，这是人眼所不具备的。

冯卫东 据科普中国