Soczewka zaprojektowana i zbudowana w Ohio State University łączy zdolność ogniskowania ludzkiego oka wraz z szeroko-kątowym polem widzenia oka muchy. Co to oznacza dla zwykłych śmiertelników? Przykładowym zastosowaniem są wbudowane aparaty smartfonów, rywalizujące z urządzeniami przeznaczonymi stricte do tego celu jak kamery i aparaty cyfrowe. Co więcej lekarze wykonujący zabiegi czy też badania endoskopowe, będą mogli prowadzić obserwacje wewnątrz ludzkiego ciała w jakości jakiej do tej pory nie dało się osiągnąć konwencjonalnymi urządzeniami.
Nasze oko posiada zdolność do zmiany ogniskowej zwaną akomodacją, dzięki czemu oko dostosowuje się do oglądania przedmiotów z różnych odległości. Mechanizm który steruje tą podstawową funkcją oka, polega na zmianie kształtu soczewki a co za tym idzie ogniskowej. Zaś oko owadów jak np. muchy składa się z ok. 4 tysięcy oczek zwanych ommatidiami, co pozwala na imponującą rejestrację 200 obrazów na sekundę. Dla porównania narząd wzroku człowieka potrafi zarejestrować zaledwie 20 obrazów w ciągu sekundy. Ludzki wzrok jest o wiele ostrzejszy, natomiast mucha widzi “szybciej” niż człowiek. Naukowcy postanowili połączyć te dwie cechy aby stworzyć 360 stopniowy, szeroko-kątowy obraz połączony ze zdolnością akomodacji warunkującej ostrość.
Prototyp soczewki prof. Zhao jest wykonany z elastycznego i transparentnego polimeru wypełnionego podobnym płynem jak w ludzkim oku. Soczewka posiada wewnątrz 9 mniejszych soczewek ułożonych w trzech rzędach po 3. Każda z mniejszych soczewek jest regulowana przepływającym płynem, posiadając zdolność kurczenia się i rozszerzania, co w rezultacie zmienia jej a tym samym kierunek oraz ostrość soczewki. Mechanizm zmiany kształtu soczewki jest więc analogiczny do sposobu przemieszczania się mięśni ludzkiego oka w celu zmiany ogniskowej. Różni się on znacznie od typowych kamer lub mikroskopów, gdzie przesuwamy soczewkę w górę i w dół wzdłuż linii widzenia w celu uzyskania ostrości. Zmiana kształtu soczewki mogłaby zaoferować zdolność samoregulacji ostrości obrazu w celu zbudowania mniejszych kamer i mikroskopów, co znacząco wpłynęłoby na ich budowę. Prof. Zhao jest w szczególności zainteresowany wykorzystaniem swojej soczewki w mikroskopach konfokalnych, które posługują się systemem ruchomych soczewek szklanych i lasera, do skanowania obrazów trójwymiarowych drobnych przedmiotów. “Uważamy że możemy stworzyć mikroskop konfokalny nie zawierający ruchomych części” – powiedział prof. Zhao, udowadniając w testach że soczewka była w stanie zmieniać skupienie, ostrość wśród mikroskopijnych obiektów ułożonych w różnych odległościach.
Chociaż prototyp działa dobrze, to jego konstrukcja nie jest jeszcze ostatecznie dopracowana, gdyż wymaga zewnętrznego zbiornika płynu pompowanego ręcznie. Aby system nadawał się do zastosowań w elektronice, inżynierowie stworzyli soczewkę z polimeru kurczącego się i rozszerzającego w oparciu o odbierane sygnały elektryczne. Przy dalszym rozwoju tej technologii, znajdzie ona zastosowanie również w laparoskopii, dając chirurgom możliwość umieszczenia maleńkiego urządzenia o szeroko-kątowym polu widzenia aby przeprowadzić wstępną diagnozę bez “cięcia” pacjenta.
Źródła:
[1] http://ieeexplore.ieee.org/xpl/articleDetails.jsp?arnumber=6474195 | 19.09.2013
[2] Wei, K. , Zhao, Y., “A three-dimensional deformable liquid lens array for directional and wide angle laparoscopic imaging”, Dept. of Biomed. Eng., Ohio State Univ., Columbus, OH, USA
[3] Fly by Lennart Tange, flickr.com, CC BY 2.0
[4] http://pl.wikipedia.org/wiki/Akomodacja_oka |19.09.2013