Analoge camera’s zijn lang niet zo efficiënt als biologische ogen. Als je ooit een spiegelreflexcamera (SLR) hebt vastgehouden, vooral een camera die is uitgerust met een zoomlens, weet je hoe zwaar ze zijn en hoe ingewikkeld en tijdrovend het kan zijn om de scherpstelling aan te passen.
Hoewel digitale spiegelreflexcamera’s sneller zijn, kunnen ze de focus nog steeds niet zo soepel en automatisch verschuiven als uw ogen duizenden keren per uur doen. Cameralenzen zijn compact en omvangrijk, en in tegenstelling tot je ogen moeten ze heen en weer worden geduwd om scherp te stellen.
Maar dank de natuur dat ze ons zachte, kleine, zachte ogen heeft gegeven die onmiddellijk kunnen overschakelen van het focussen op de spinnenwebben die voor ons glinsteren naar de zon die helder aan de horizon schijnt. Maar hoewel dat allemaal goed en wel is voor ons mensen, kan iemand een robot bedenken?
Of ze nu gedreven waren om de zichtkwaliteit voor WALL-E of R2D2 te verbeteren, Corey Zheng en Shu Jia van Georgia Tech creëerden hoe dan ook een oplossing voor hen: fotogevoelige zachte hydrogellenzen, of PHySL, die ze in hun artikel uitleggen. Wetenschap Robotica paper “Bio-geïnspireerde fotoresponsieve zachte robotlens.”
Geïnspireerd door de ciliaire spieren van het menselijk oog, laat PHySL omvangrijke, breekbare lenzen en tandwielen achterwege om een zacht hydrogelpolymeer (op waterbasis) te produceren dat het werk van vleesspieren kan doen. Het past zich op dezelfde manier aan aan de vereiste brandpuntsafstand als onze ogen: niet door in en uit te telescoopen, maar door te knijpen en uit te rekken.
Corey Zheng/Georgia Instituut voor Technologie
Opmerkelijk is dat PHySL geen elektronische signalen nodig heeft voor aanpassing, maar in plaats daarvan reageert op het licht zelf, waardoor fijne controle mogelijk is via verlichting van de verschillende onderdelen ervan – of zoals Zheng en Jia schrijven: door “dynamische hydrogelactuators te gebruiken die onafhankelijk optische energie benutten”, maakt PHySL “substantiële focusaanpassing mogelijk via volledig optische controle.” Door afscheid te nemen van de oude, stijve materialen, biedt dit nieuwe systeem meer flexibiliteit, duurzaamheid en veiligheid, vooral bij het aanraken van levende wezens.
Maar terug naar de arme kleine robot. Ondertussen metallic bots en droids van Pixar en Star Wars kan worden gebruikt met ogen van glas en polymeer, er is een nieuwe generatie autonome machines, zachte robots genaamd, en een reeks biomedische apparaten, waarvan sommige in de natuur of in levende wezens moeten werken op een manier die geen schade veroorzaakt.
Dankzij het biomimetische ontwerp is PHySL zachtaardig, energiezuinig en autonoom, ideaal voor operaties endoscoop, evenals een Inspector Gadget-achtige grijper voor het verplaatsen van delicate voorwerpen. En vanwege hun flexibiliteit kunnen zachte robots door omgevingen navigeren die starre robots kunnen hinderen, beschadigen of vernietigen.
Het vleeszachte ontwerp is ook ideaal voor draagbare technologieën zoals huidachtige sensoren en interne apparaten zoals implantaten met hydrogelcoating, omdat ze kunnen bewegen en uitrekken zonder te breken of eromheen te snijden.
Hoewel grijpers en voortstuwers (actuators) lange tijd gebruik hebben gemaakt van zachte, slimme materialen, hebben ontwerpers niet veel succes gehad bij de integratie ervan met optische systemen, omdat traditionele zachte lenzen vaak met vloeistof gevulde zakken of actuatoren vereisen die niet werken zonder elektronica. Het toevoegen van dergelijke elementen zorgt ook voor extra complexiteit, riskeert schade aan de omgeving en vereist een oncomfortabele verankering. Maar door middel van lichtactivering elimineert PHYSL de behoefte aan elektronische apparaten en alle daarmee gepaard gaande rompslomp.
Op basis van hun huidige succes zijn Zheng en Jia van plan om PHySL te blijven verbeteren door gebruik te maken van recente ontwikkelingen op het gebied van hydrogels die sneller op licht reageren en sterker samentrekken, en onderzoeken ze hoe ze deze ontwikkelingen op camera’s kunnen toepassen. Ze hebben zelfs een elektronicavrij cameraprototype gemaakt dat PHySL integreert met een speciaal ontworpen, door licht geactiveerde microfluïdische chip, die ze willen gebruiken in zachte robots voor elektronicavrij zicht.
Als hun systeem werkt, kunnen de slijmerige afstammelingen van WALL-E en R2D2 zich verheugen op onderwateravonturen – of in miniatuurversies á la Fantastische reis, avontuur in je eigen lichaam.
Bron: Georgia Tech
