Georgia Tech, 로봇공학에서 인간의 시각을 모방한 광 구동 소프트 렌즈 공개

조지아 공과대학교(조지아주 애틀랜타)

Coulter BME 교수 Shu Jia 연구실 연구진이 개발한 광반응성 하이드로겔 소프트 렌즈. (이미지 :조지아 공대)

Georgia Tech의 생체의학 엔지니어 팀이 적응형 광학 분야의 획기적인 기술을 공개했습니다. 이는 인간의 눈이 초점을 다시 맞추고 다양한 빛 조건에 적응하는 능력을 모방한 생체 모방형 광 구동 소프트 렌즈입니다. Science Robotics에 게재된 연구 , 소프트 로봇 공학, 생체 의학 영상 및 자율 비전 시스템에 대한 새로운 가능성을 열어줍니다.

빛에 대한 인간의 눈의 반응에서 영감을 받은 수석 저자인 Corey Zheng 박사는 Wallace H. Coulter 생의학 공학과의 후보자는 빛으로 활성화되는 인공 근육을 사용하여 초점 거리를 제어하는 ​​렌즈 시스템을 개발했습니다. 조명을 받으면 이 근육이 렌즈를 수축하고 늘려 전자 장치나 배터리 없이 정밀한 광학 조정이 가능합니다.

Zheng은 “인간의 눈은 여러 면에서 정말 강력합니다.”라고 말했습니다. "콤팩트하고 초점을 바꿔 가까이 있거나 먼 물체를 볼 수 있고 동공을 통해 빛으로부터 자신을 보호합니다. 무엇보다도 놀라운 해상도를 자랑합니다."

광반응성 하이드로겔 소프트 렌즈(PHySL)는 전적으로 부드러운 생체 안전 소재로 제작되어 조직과 안전하게 상호 작용하는 소프트 로봇 및 의료 기기와 같이 강성 광학이 실용적이지 않은 응용 분야에 이상적입니다. 디자인의 핵심은 열에 반응하는 하이드로겔(콘택트 렌즈와 같은 제품에서 흔히 발견되는 수분 흡수 폴리머)에 그래핀이 주입되어 있어 빛을 열로 변환하여 인공 근육 역할을 하는 모양 변화를 촉발합니다. 이 속성을 사용하면 배터리 전원이나 유선 연결 없이도 렌즈를 원격으로 제어할 수 있습니다.

실험실 테스트에서 연구원들은 다양한 조명 패턴이 렌즈의 초점 거리와 움직임을 제어하고 특정 광학 수차를 유도할 수도 있음을 입증했습니다. 이러한 적응형 기능을 통해 단일 세포부터 방 전체에 이르기까지 다양한 주제의 고품질 이미지를 캡처할 수 있었습니다. 초점 이동 범위와 해상도 모두에서 시스템 성능은 인간의 눈과 비슷했습니다.

또한 팀은 기존의 전자 광검출기 대신 유체 흐름을 제어하기 위해 빛으로 활성화되는 밸브로 구동되는 액체 기반 이미징 회로와 소프트 렌즈를 결합한 전자 장치가 없는 프로토타입 카메라도 선보였습니다. 이 혁신은 화학적으로 구동되거나 수동적인 소프트 시스템에 사용될 수 있으며 생체 모방 로봇의 자율성을 향상시킬 수 있습니다.

이 연구는 해당 연구의 수석 저자인 BME 교수 Shu Jia와 공동으로 수행되었습니다.

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