p Inspirado pelo olho humano, pesquisadores da Escola de Engenharia e Ciências Aplicadas (SEAS) de Harvard John A. Paulson desenvolveram um metalens adaptativo, que é essencialmente um apartamento, olho artificial controlado eletronicamente. O metalens adaptável controla simultaneamente três dos principais contribuintes para imagens desfocadas:foco, astigmatismo, e mudança de imagem. p A pesquisa é publicada em Avanços da Ciência .

p "Esta pesquisa combina avanços em tecnologia de músculo artificial com tecnologia metalens para criar um metalens ajustável que pode mudar seu foco em tempo real, assim como o olho humano, "disse Alan She, um estudante de pós-graduação na SEAS e primeiro autor do artigo. "Damos um passo adiante para construir a capacidade de correção dinâmica de aberrações, como astigmatismo e deslocamento de imagem, o que o olho humano não pode fazer naturalmente. "

p "Isso demonstra a viabilidade do zoom óptico integrado e foco automático para uma ampla gama de aplicações, incluindo câmeras de telefones celulares, óculos e hardware de realidade virtual e aumentada, "disse Federico Capasso, Robert L. Wallace Professor de Física Aplicada e Vinton Hayes Pesquisador Sênior em Engenharia Elétrica no SEAS e autor sênior do artigo. “Mostra também a possibilidade de futuros microscópios ópticos, que operam totalmente eletronicamente e podem corrigir muitas aberrações simultaneamente. "

p O Harvard Office of Technology Development protegeu a propriedade intelectual relativa a este projeto e está explorando oportunidades de comercialização.

p Para construir o olho artificial, os pesquisadores primeiro precisaram aumentar a escala dos metalens.

p As metalenses anteriores eram aproximadamente do tamanho de uma única peça de purpurina. Eles focam a luz e eliminam aberrações esféricas por meio de um padrão denso de nanoestruturas, cada um menor que um comprimento de onda de luz.

p "Como as nanoestruturas são tão pequenas, a densidade de informações em cada lente é incrivelmente alta, "disse Ela." Se você passar de uma lente de 100 mícrons para uma lente de um centímetro, você terá aumentado as informações necessárias para descrever a lente em dez mil. Sempre que tentamos aumentar a escala da lente, o tamanho do arquivo do projeto por si só aumentaria para gigabytes ou mesmo terabytes. "

p Para resolver este problema, os pesquisadores desenvolveram um novo algoritmo para reduzir o tamanho do arquivo para tornar os metalens compatíveis com a tecnologia usada atualmente para fabricar circuitos integrados. Em um artigo publicado recentemente em Optics Express , os pesquisadores demonstraram o projeto e a fabricação de metalenses de até centímetros ou mais de diâmetro.

p "Esta pesquisa oferece a possibilidade de unificar duas indústrias:fabricação de semicondutores e fabricação de lentes, em que a mesma tecnologia usada para fazer chips de computador será usada para fazer componentes ópticos baseados em metassuperfície, como lentes, "disse Capasso.

p Próximo, os pesquisadores precisavam aderir os grandes metalens a um músculo artificial sem comprometer sua capacidade de focar a luz. No olho humano, a lente é cercada por músculo ciliar, que estica ou comprime a lente, mudando sua forma para ajustar seu comprimento focal. Capasso e sua equipe colaboraram com David Clarke, Professor de materiais da família Extended Tarr na SEAS e um pioneiro no campo de aplicações de engenharia de atuadores de elastômero dielétrico, também conhecido como músculos artificiais.

p Os pesquisadores escolheram um fino, elastômero dielético transparente com baixa perda - o que significa que a luz viaja através do material com pouca dispersão - para anexar à lente. Para fazer isso, eles precisavam desenvolver uma plataforma para transferir e aderir a lente à superfície macia.

p "Os elastômeros são tão diferentes em quase todos os sentidos dos semicondutores que o desafio tem sido como combinar seus atributos para criar um novo dispositivo multifuncional e, especialmente como planejar uma rota de fabricação, "disse Clarke." Como alguém que trabalhou em um dos primeiros microscópios eletrônicos de varredura (SEMs) em meados dos anos 1960, é estimulante fazer parte da criação de um microscópio óptico com os recursos de um SEM, como controle de aberração em tempo real. "

p O elastômero é controlado pela aplicação de tensão. À medida que se estende, a posição dos nanopilares na superfície do deslocamento da lente. Os metalens podem ser ajustados controlando tanto a posição dos pilares em relação aos seus vizinhos quanto o deslocamento total das estruturas. Os pesquisadores também demonstraram que a lente pode focar simultaneamente, controlar aberrações causadas por astigmatismos, bem como realizar a mudança de imagem.

p Juntos, o cristalino e o músculo têm apenas 30 mícrons de espessura.

p "Todos os sistemas ópticos com múltiplos componentes - de câmeras a microscópios e telescópios - apresentam pequenos desalinhamentos ou tensões mecânicas em seus componentes, dependendo da forma como foram construídos e de seu ambiente atual, que sempre causará pequenas quantidades de astigmatismo e outras aberrações, que poderia ser corrigido por um elemento óptico adaptativo, "disse Ela." Porque o adaptive metalens é plano, você pode corrigir essas aberrações e integrar diferentes recursos ópticos em um único plano de controle. "

p Próximo, os pesquisadores pretendem melhorar ainda mais a funcionalidade da lente e diminuir a voltagem necessária para controlá-la.