Разработка может быть применена как в смартфонах, конкурирующих за качество съемки с цифровыми камерами, так и в медицинских приборах для проведения высокоточных хирургических операций. Полное описание линз дается в Техническом дайджесте Международной конференции по вопросам микро-электромеханических систем (International Conference on Micro Electro Mechanical Systems, IEEE).
Наши глаза способны менять фокусное расстояние. Глаз насекомого образован множеством крошечных оптических элементов, которые не могут настраивать фокус, но могут давать широкий угол обзора. Можно объединить две эти характеристики. Мы сделали это и получили широкоугольные линзы с восприятием глубины, — рассказывает Йи Чжао, адъюнкт-профессор биоинженерии и офтальмологии в Университете штата Огайо.
Прототип чжаоских линз изготовлен из гибкого прозрачного полимера и покрыт небольшим количеством карманов, заполненных гелеобразным раствором наподобие жидкости внутри глаза человека. Форму линз, а соответственно направление и фокусное расстояние, можно менять, регулируя объем жидкости в этих карманах. Все это напоминает работу глазодвигательных мышц, которые поворотом глазного яблока направляют взгляд в нужную сторону.
Система в корне отличается от способа фокусировки, традиционного для цифровых камер и микроскопов, где фокус устанавливается движением объектива на определенной дистанции. По сути, деформируемые линзы обладают фокусным потенциалом группы подвижных линз, заключенных в одну стационарную линзу миниатюрных размеров.
Чжао по большей части заинтересован использовать новые линзы в конфокальной сканирующей лазерной микроскопии для получения трехмерных изображений крошечных объектов.
Мы полагаем, что это позволит сделать конфокальный микроскоп без движущихся частей, — говорит исследователь.
Испытания показали, что линзы способны переключать внимание между микроскопическими объектами, расположенными на разном расстоянии от глаз.
Несмотря на полную работоспособность прототипа, его конструкция требует доработки. Сейчас объем жидкости в линзах регулируется вручную с помощью внешней помпы. Для применения в электронике больше подходит вариант линз из активного полимера, способного менять свои свойства под действием электрического разряда. Первые испытания уже показали его перспективность.
Ученые также планируют уменьшить размер линз. Сейчас линзы имеют диаметр 5 миллиметров — достаточно много по современным меркам.
Сегодня при проведении диагностического осмотра органов брюшной полости врачам приходится вводить в тело пациента миниатюрную широкоугольную камеру. Это позволяет получать более полную внутреннюю картину. Однако такие камеры не обеспечивают эффект глубины. Поскольку трудно оценить расстояние между видимыми объектами, можно случайно травмировать здоровые ткани.
Используя наши линзы, хирурги могут получать широкий угол обзора, который позволяет оценивать расстояние между оптическим прибором и тканями. Это добавляет уверенности в действиях и облегчает проведение операции, — говорит Чжао.
В конце концов, новые линзы могут пригодиться в смартфонах. Из-за отсутствия подвижных частей камеры телефонов используют фиксированную фокусировку без глубины сцены. Увеличение происходит за счет удаления обрезанных областей изображения, что непременно отражается на качестве снимка. Деформируемые линзы решают эту проблему и поднимают камерофоны на новый уровень.