Uma lente flexível controlada por músculos artificiais ativados pela luz promete permitir que máquinas macias vejam

Inspirado no olho humano, nosso laboratório de engenharia biomédica na Georgia Tech projetou uma lente adaptativa feita de materiais macios, responsivos à luz e semelhantes a tecidos. Nosso estudo está publicado na revista Robótica Científica.

Os sistemas de câmeras ajustáveis ​​​​geralmente exigem um conjunto de lentes sólidas, volumosas e móveis e uma pupila na frente de um chip da câmera para ajustar o foco e a intensidade. Em contraste, os olhos humanos desempenham essas mesmas funções utilizando tecidos moles e flexíveis de uma forma altamente compacta.

Nossa lente, chamada de lente macia de hidrogel foto-responsiva, ou PHySL, substitui componentes rígidos por polímeros macios que atuam como músculos artificiais. Os polímeros são compostos de um hidrogel – um material polimérico à base de água. Este músculo de hidrogel muda a forma de uma lente gelatinosa para alterar a distância focal da lente, um mecanismo análogo aos músculos ciliares do olho humano.

O material hidrogel se contrai em resposta à luz, permitindo-nos controlar a lente sem tocá-la, projetando luz em sua superfície. Esta propriedade também nos permite controlar com precisão o formato da lente, iluminando seletivamente diferentes partes do hidrogel. Ao eliminar estruturas e ópticas rígidas, nosso sistema é flexível e compatível, tornando-o mais durável e seguro em contato com o corpo.

Por que isso importa

A visão artificial usando câmeras é comum em uma variedade de sistemas tecnológicos, incluindo robôs e ferramentas médicas. A óptica necessária para formar um sistema visual ainda está tipicamente restrita a materiais rígidos que utilizam energia elétrica. Esta limitação representa um desafio para campos emergentes, incluindo robótica leve e ferramentas biomédicas que integram materiais macios em sistemas flexíveis, de baixo consumo de energia e autônomos. Nossa lente gelatinosa é particularmente adequada para esta tarefa.

Os robôs macios são máquinas feitas com materiais e estruturas compatíveis, inspirando-se nos animais. Essa flexibilidade adicional os torna mais duráveis ​​e adaptáveis. Os pesquisadores estão usando a tecnologia para desenvolver endoscópios cirúrgicos, pinças para manusear objetos delicados e robôs para navegar em ambientes difíceis para robôs rígidos.

Os mesmos princípios se aplicam às ferramentas biomédicas. Materiais semelhantes a tecidos podem suavizar a interface entre o corpo e a máquina, tornando as ferramentas biomédicas mais seguras, fazendo-as mover-se com o corpo. Isso inclui sensores vestíveis semelhantes à pele e implantes revestidos de hidrogel.

Que outras pesquisas estão sendo feitas neste campo

Este trabalho mescla conceitos de óptica sintonizável e materiais “inteligentes” macios. Embora esses materiais sejam frequentemente usados ​​para criar atuadores suaves – partes de máquinas que se movem – como garras ou propulsores, sua aplicação em sistemas ópticos tem enfrentado desafios.

Muitos designs de lentes gelatinosas existentes dependem de bolsas cheias de líquido ou de atuadores que exigem componentes eletrônicos. Esses fatores podem aumentar a complexidade ou limitar seu uso em sistemas delicados ou desprotegidos. Nosso design ativado por luz oferece uma alternativa mais simples e sem eletrônicos.

O que vem a seguir

Nosso objetivo é melhorar o desempenho do sistema usando avanços em materiais de hidrogel. Novas pesquisas produziram vários tipos de hidrogéis responsivos a estímulos com habilidades de contração mais rápidas e poderosas. Nosso objetivo é incorporar os mais recentes desenvolvimentos de materiais para melhorar as capacidades físicas das lentes gelatinosas de hidrogel foto-responsivas.

Pretendemos também mostrar seu uso prático em novos tipos de sistemas de câmeras. Em nosso trabalho atual, desenvolvemos uma câmera de prova de conceito, livre de eletrônicos, usando nossas lentes gelatinosas e um chip microfluídico personalizado ativado por luz. Planejamos incorporar este sistema em um robô flexível para proporcionar-lhe uma visão livre de eletrônicos. Este sistema seria uma demonstração significativa do potencial do nosso projeto para permitir novos tipos de detecção visual suave.

Este artigo foi republicado de The Conversation sob uma licença Creative Commons. Leia o artigo original.