Mata Metalens Adaptif Harvard Menggabungkan Kekuatan Otot untuk Fokus Unggul dan Kejernihan Gambar

• Metalens dapat memfokuskan, melakukan pergeseran gambar, dan mengontrol aberasi yang disebabkan oleh astigmatisme, semuanya pada saat yang bersamaan. 
• Lensa dan otot bersama-sama memiliki ketebalan total 30 mikron.
• Bentuk logam dikontrol oleh sinyal listrik untuk membentuk muka gelombang optik yang diperlukan. 

Para peneliti di Universitas Harvard telah membangun logam adaptif yang mengontrol 3 faktor penting dari gambar buram – Fokus, Astigmatisme, dan Pergeseran Gambar. Mata datar yang dikontrol secara elektronik ini menggabungkan kemajuan teknologi metalens dengan teknologi otot buatan.

Mata buatan dapat secara bersamaan mengontrol ketiga faktor penting tersebut, dan dapat dikonfigurasi untuk mengubah fokusnya secara real time. Teknologi ini berfungsi seperti mata manusia pada umumnya, namun di masa depan, teknologi ini dapat ditingkatkan lebih lanjut untuk melakukan hal-hal yang tidak dapat dilakukan secara alami oleh mata manusia, seperti mengoreksi pergeseran gambar dan astigmatisme secara dinamis.

Teknologi ini juga menunjukkan kelayakan autofokus dan zoom optik bawaan untuk beberapa aplikasi, mulai dari kacamata dan mikroskop optik hingga ponsel cerdas dan perangkat VR/AR.

Bagaimana Mereka Melakukannya?

Biasanya, metalense memfokuskan cahaya dan mengurangi penyimpangan bola melalui pola struktur nano padat yang lebih kecil dari panjang gelombang cahaya. Karena ukurannya terlalu kecil, kepadatan informasi di setiap lensa sangatlah tinggi.

Untuk membuat mata buatan, tugas pertama adalah memperbesar logamnya. Namun, setiap kali para ilmuwan mencoba melakukan hal ini, ukuran file desainnya saja akan mencapai hingga terabyte.

Untuk mengatasi masalah ini, mereka mengembangkan algoritma yang memampatkan ukuran file ke tingkat yang signifikan, membuat metalens kompatibel dengan teknik yang digunakan untuk membuat sirkuit terpadu. Metalense tersebut diperbesar hingga diameter sentimeter.

Seperti yang Anda lihat pada gambar di bawah, warna-warni warna-warni di dalam logam (terbuat dari silikon) dihasilkan oleh sejumlah besar struktur nano.

Logam silikon dipasang pada lembaran polimer transparan | Kredit: Harvard LAUT

Referensi :Kemajuan Ilmu Pengetahuan | doi:10.1126/sciadv.aap9957 | Harvard LAUT

Langkah selanjutnya adalah menempelkan metalen ke otot buatan sedemikian rupa sehingga tidak memengaruhi kemampuan pemfokusan cahaya metalen. Lensa mata alami dikelilingi oleh otot siliaris, suatu cincin otot polos yang mengontrol akomodasi untuk melihat objek pada jarak yang berbeda-beda dengan mengubah bentuk lensa.

Para ilmuwan memilih elastomer dielektrik tipis dan transparan untuk dipasang pada lensa, sehingga cahaya dapat merambat dengan hamburan lebih sedikit. Mereka membangun platform yang benar-benar baru untuk memindahkan dan menempelkan lensa ke permukaan lembut. Tentu saja, ini adalah tantangan terbesar dalam keseluruhan proses pengembangan mata buatan.

Metlens memfokuskan sinar cahaya ke sensor gambar | Kredit: Capasso Lab / Harvard SEAS

Seperti yang Anda lihat pada gambar di atas, bentuk logam dikontrol oleh sinyal listrik untuk membentuk muka gelombang optik yang diperlukan (merah). 

Elastomer disetel dengan menerapkan tegangan yang bervariasi. Posisi pilar nano pada permukaan lensa bergeser ketika elastomer diregangkan. Posisi pilar terhadap tetangganya, dan total perpindahan struktur dapat digunakan untuk mengkonfigurasi logam.

Lensa dan otot bersama-sama memiliki ketebalan total 30 mikron. Ia dapat memfokuskan, melakukan pergeseran gambar, dan mengontrol aberasi yang disebabkan oleh astigmatisme, semuanya pada saat yang bersamaan.

Uji Keandalan

Keandalan instrumen diuji dengan tegangan sinusoidal berkisar antara 2 hingga 100 hertz pada amplitudo 2,5 kV. Tidak gagal sama sekali, kualitas gambar juga tidak tampak menurun setelah seribu siklus.

Namun, kerusakan dielektrik diamati pada hampir 3,5 kV, ketika arus listrik mulai mengalir melaluinya, sehingga merusak instrumen. Ini adalah kerusakan ‘ringan’ yang terkait dengan pembakaran lokal. Instrumen yang sama dapat melanjutkan pengoperasian setelah menghidupkan daya.

Aplikasi Lainnya

Hampir semua perangkat optik dengan beberapa modul (termasuk teleskop, mikroskop, dan kamera) mengandung sangat sedikit tekanan mekanis/ketidaksejajaran pada modulnya. Hal ini biasanya didasarkan pada cara terciptanya dan lingkungan sekitarnya yang menyebabkan sedikit penyimpangan.

Baca: Jenis Lensa Baru yang Dapat Merevolusi Realitas Virtual

Kesalahan ini dapat diperbaiki melalui komponen optik adaptif. Karena logam yang dijelaskan di sini berbentuk datar, seseorang dapat menggunakannya untuk memperbaiki penyimpangan tersebut dan mengintegrasikan berbagai kemampuan optik ke dalam satu bidang kendali.

Untuk saat ini, tujuan berikutnya adalah untuk lebih meningkatkan fungsi logam sekaligus mengurangi voltase yang diperlukan untuk mengoperasikannya.