Analoge camera’s zijn lang niet zo efficiënt als biologische ogen. Als je ooit met een spiegelreflexcamera (SLR) hebt gewerkt, vooral als er een zoomlens op zat, weet je hoe zwaar ze zijn en hoe lastig en tijdrovend het aanpassen van de scherpstelling kan zijn.
Hoewel digitale spiegelreflexcamera’s sneller zijn, kunnen ze nog steeds niet zo subtiel en automatisch de scherpstelling wijzigen als uw eigen ogen duizenden keren per uur doen. Cameralenzen zijn stevig en omvangrijk en moeten, in tegenstelling tot uw ogen, naar voren en naar achteren worden geschoven 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 spinnenwebben die voor ons glinsteren naar de zon die glorieus aan de horizon schijnt. Maar hoewel dat allemaal goed en wel is voor ons mensen, wil iemand alsjeblieft aan de robots denken?
Of ze nu gedreven waren om de kwaliteit van het zicht voor WALL-E of R2D2 te verbeteren, Corey Zheng en Shu Jia van Georgia Tech hebben toch een oplossing voor hen gecreëerd: een fotogevoelige zachte hydrogellens, of PHySL, die ze beschrijven in hun Wetenschap Robotica paper “Bio-geïnspireerde fotoresponsieve zachte robotlens.”
Geïnspireerd door de ciliaire spieren in het menselijk oog, vervangt de PHySL omvangrijke, breekbare lenzen en tandwielen voor zachte, hydrogel (op water gebaseerde) polymeren die het werk van vleesspieren kunnen doen. Het past zich aan de vereiste brandpuntsafstand aan op dezelfde manier als onze ogen dat doen: niet door in en uit te telescoopen, maar door te knijpen en uit te rekken.
Corey Zheng/Georgia Instituut voor Technologie
Opmerkelijk genoeg heeft de PHySL geen elektronisch signaal nodig voor aanpassing, maar reageert hij op het licht zelf, waardoor fijne controle mogelijk is door de verlichting van de verschillende secties – of zoals Zheng en Jia schrijven: door “gebruik te maken van een dynamische hydrogelactuator die autonoom optische energie benut”, maakt de PHySL “substantiële focusafstelling mogelijk via volledig optische controle.” Door afscheid te nemen van de oude stijve materialen, biedt het nieuwe systeem flexibiliteit, duurzaamheid en meer veiligheid, vooral als het ooit een levend wezen aanraakt.
Maar terug naar die arme kleine robots. Terwijl de metalen bots en droids van Pixar en Star Wars doen het prima met glazen en polymeerogen, er is een nieuwe generatie autonome machines die zachte robots worden genoemd, en samen met een reeks biomedische hulpmiddelen moeten sommigen van hen in de natuur of in levende wezens presteren op een manier die geen schade toebrengt.
Vanwege hun biomimetische ontwerp zijn PHySL’s zacht, energiezuinig en autonoom, ideaal voor chirurgische toepassingen. endoscopen, evenals grijpers in Inspector Gadget-stijl voor het verplaatsen van delicate voorwerpen. En vanwege hun plooibaarheid kunnen zachte robots door omgevingen navigeren die anders starre robots zouden blokkeren, beschadigen of vernietigen.
Dergelijke ontwerpkenmerken met vlezig zachte materialen zijn ook ideaal voor draagbare technologie zoals huidachtige sensoren en interne apparaten zoals met hydrogel gecoate implantaten, omdat ze kunnen bewegen en uitrekken zonder hun omgeving te verbrijzelen en in stukken te snijden.
Hoewel grijpers en voortstuwers (actuators) al lang zachte, slimme materialen bevatten, hebben ontwerpers niet zoveel succes gehad bij de integratie ervan met optische systemen, omdat traditionele zachte lenzen vaak met vloeistof gevulde zakken of actuatoren nodig hadden die niet zouden kunnen werken zonder elektronica. Het toevoegen van deze elementen voegt ook complexiteit toe, riskeert schade aan kwetsbare omgevingen en vereist ongemakkelijke vastleggingen. Maar door lichtactivering maakt PHySL de behoefte aan elektronica en alle daarmee gepaard gaande rompslomp overbodig.
Voortbouwend op hun huidige succes zijn Zheng en Jia van plan de PHySL te blijven verbeteren door gebruik te maken van de nieuwste ontwikkelingen op het gebied van hydrogels die sneller en met krachtigere contracties op licht reageren, en onderzoeken ze hoe ze dergelijke ontwikkelingen in camera’s kunnen toepassen. Ze hebben zelfs een prototype van een elektronicavrije camera gemaakt die de 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 squishy-afstammelingen van WALL-E en R2D2 zich verheugen op onderzeese avonturen – of in hun miniatuurversies á la Fantastische reis, avonturen in je eigen lichaam.
Bron: Georgia Tech
