Combinan metalentes con músculo artificial inspirados en el ojo humano

   MADRID, 26 Feb. (EUROPA PRESS) -

   Inspirados en el ojo humano, investigadores han desarrollado una metalente adaptativa que es esencialmente un ojo artificial plano y controlado electrónicamente.

   Las metalentes adaptativas controlan simultáneamente tres de los principales contribuyentes a las imágenes borrosas: enfoque, astigmatismo y cambio de imagen. La nueva investigación se publica en Science Advances.

   "Esta investigación combina avances en la tecnología muscular artificial con la tecnología metalente para crear metalentes sintonizables que pueden cambiar su enfoque en tiempo real, al igual que el ojo humano", dijo en un comunicado Alan She, estudiante de posgrado en la Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) y primer autor del artículo.

   "Vamos un paso más allá para desarrollar la capacidad de corregir dinámicamente las aberraciones como el astigmatismo y el cambio de imagen, que el ojo humano no puede hacer de manera natural".

   "Esto demuestra la viabilidad del zoom óptico integrado y el enfoque automático para una amplia gama de aplicaciones que incluyen cámaras de teléfonos celulares, anteojos y hardware de realidad virtual y aumentada", dijo Federico Capasso, Profesor de Física Aplicada en SEAS y autor principal del artículo. "También muestra la posibilidad de microscopios ópticos futuros, que operan completamente de forma electrónica y pueden corregir muchas aberraciones simultáneamente".

   Para construir el ojo artificial, los investigadores primero necesitaron escalar los metalenos.

   Las metalentes anteriores eran aproximadamente del tamaño de una sola pieza de brillo. Centran la luz y eliminan las aberraciones esféricas a través de un patrón denso de nanoestructuras, cada una más pequeña que una longitud de onda de luz.

   "Debido a que las nanoestructuras son tan pequeñas, la densidad de información en cada lente es increíblemente alta", dijo. "Si se pasa de una lente de 100 micras a una de tamaño de un centímetro, habrá aumentado la información necesaria para describirla por diez mil. Siempre que tratemos de escalar la lente, el tamaño del archivo debe hincharse hasta gigabytes o incluso terabytes ".

   Para resolver este problema, los investigadores desarrollaron un nuevo algoritmo para reducir el tamaño del archivo y hacer que las metalentes sean compatibles con la tecnología utilizada actualmente para fabricar circuitos integrados. En un artículo publicado recientemente en Optics Express, los investigadores demostraron el diseño y la fabricación de metalentes de hasta centímetros o más de diámetro.

   "Esta investigación ofrece la posibilidad de unificar dos industrias: la fabricación de semiconductores y la fabricación de lentes, por lo que la misma tecnología utilizada para fabricar chips informáticos se utilizará para fabricar componentes ópticos basados en metasuperficies, como lentes", dijo Capasso.

   Luego, los investigadores necesitaron adherir las metalentes agrandadas a un músculo artificial sin comprometer su capacidad de enfocar la luz. En el ojo humano, la lente está rodeada por el músculo ciliar, que estira o comprime la lente, cambiando su forma para ajustar su distancia focal. Capasso y su equipo colaboraron con David Clarke, profesor de materiales en el SEAS y pionero en el campo de las aplicaciones de ingeniería de los actuadores de elastómeros dieléctricos, también conocidos como músculos artificiales.

   Los investigadores eligieron un elastómero dieléctrico delgado y transparente con baja pérdida, lo que significa que la luz viaja a través del material con poca dispersión, para adherirse a la lente. Para hacerlo, necesitaron desarrollar una plataforma para transferir y adherir la lente a la superficie suave.

   "Los elastómeros son tan diferentes en casi todos los sentidos de los semiconductores que el desafío ha sido cómo combinar sus atributos para crear un nuevo dispositivo multifuncional y, especialmente, cómo diseñar una ruta de fabricación", dijo Clarke. "Como alguien que trabajó en uno de los primeros microscopios electrónicos de barrido (SEM) a mediados de la década de 1960, es emocionante formar parte de la creación de un microscopio óptico con las capacidades de un SEM, como el control de la aberración en tiempo real".

   El elastómero se controla aplicando voltaje. A medida que se estira, cambia la posición de los nanopilares en la superficie de la lente. Las metalentes pueden ajustarse controlando tanto la posición de los pilares en relación con sus vecinos como el desplazamiento total de las estructuras. Los investigadores también demostraron que la lente se puede enfocar simultáneamente, controlar aberraciones causadas por astigmatismos, así como realizar cambios de imagen.

   Juntos, la lente y el músculo tienen solo 30 micrones de grosor.