Una lente flexible controlada por músculos artificiales activados por luz promete hacer que las máquinas blandas vean

Inspirándose en el ojo humano, nuestro laboratorio de ingeniería biomédica en Georgia Tech ha diseñado lentes adaptativas hechas de materiales suaves que responden a la luz y tejidos similares a tejidos.

Los sistemas de cámara ajustables suelen requerir un conjunto de lentes rígidos, móviles y voluminosos y una pupila delante del chip de la cámara para ajustar el enfoque y la intensidad. Por el contrario, los ojos humanos realizan estas mismas funciones utilizando tejidos blandos y flexibles en una forma muy compacta.

Nuestra lente, llamada lente blanda de hidrogel fotosensible, o PHiSL, reemplaza los componentes rígidos con polímeros blandos que actúan como músculos artificiales. Los polímeros consisten en hidrogel, un material polimérico a base de agua. Este músculo de hidrogel cambia la forma del cristalino blando para cambiar la distancia focal del cristalino, un mecanismo análogo al de los músculos ciliares del ojo humano.

El material de hidrogel se contrae en respuesta a la luz, lo que nos permite controlar la lente sin tocarla proyectando luz sobre su superficie. Esta propiedad también nos permite controlar con precisión la forma de la lente iluminando selectivamente diferentes partes del hidrogel. Al eliminar ópticas y estructuras rígidas, nuestro sistema es flexible y compatible, lo que lo hace más duradero y seguro en contacto con el cuerpo.

Por qué es importante

La visión artificial mediante cámaras es común en una variedad de sistemas tecnológicos, incluidos robots y herramientas médicas. La óptica necesaria para formar un sistema visual todavía suele limitarse a materiales rígidos que utilizan electricidad. Esta limitación plantea un desafío para los campos emergentes, incluida la robótica blanda y las herramientas biomédicas que integran materiales blandos en sistemas flexibles, autónomos y de bajo consumo. Nuestras lentes blandas son especialmente adecuadas para esta tarea.

Los robots blandos son máquinas hechas de materiales y estructuras flexibles, inspiradas en animales. Esta flexibilidad adicional los hace más duraderos y adaptables. Los investigadores están utilizando la tecnología para desarrollar endoscopios quirúrgicos, pinzas para manipular objetos delicados y robots para navegar en entornos difíciles para robots rígidos.

Los mismos principios se aplican a las herramientas biomédicas. Los materiales similares a los tejidos pueden suavizar la conexión entre el cuerpo y la máquina, haciendo que las herramientas biomédicas sean más seguras al hacer que se muevan con el cuerpo. Estos incluyen sensores portátiles similares a la piel e implantes recubiertos de hidrogel.

Esta lente suave de enfoque variable, que se muestra mirando un cubo de Rubik, se puede doblar y torcer sin sufrir daños. Corey Zheng/Instituto de Tecnología de Georgia ¿Qué otras investigaciones se están realizando en esta área?

Este trabajo reúne conceptos de óptica sintonizable y materiales blandos “inteligentes”. Aunque estos materiales se utilizan a menudo para crear actuadores blandos (piezas de máquinas que se mueven), como pinzas o propulsores, su aplicación en sistemas ópticos ha enfrentado desafíos.

Muchos diseños de lentes blandos existentes dependen de bolsas llenas de líquido o actuadores que requieren electrónica. Estos factores pueden aumentar la complejidad o limitar su uso en sistemas delicados o desacoplados. Nuestro diseño activado por luz ofrece una alternativa más sencilla y sin dispositivos electrónicos.

¿Qué sigue?

Nuestro objetivo es mejorar el rendimiento del sistema utilizando avances en materiales de hidrogel. Una nueva investigación ha arrojado varios tipos de hidrogeles que responden a estímulos con capacidades de contracción más rápidas y fuertes. Nuestro objetivo es incorporar los últimos avances en materiales para mejorar las capacidades físicas de las lentes de hidrogel blandas fotorresponsivas.

También queremos demostrar su uso práctico en nuevos tipos de sistemas de cámaras. En nuestro trabajo actual, hemos desarrollado una cámara sin electrónica de prueba de concepto utilizando nuestra lente blanda y un chip de microfluidos personalizado activado por luz. Planeamos incorporar este sistema a un robot blando para darle visión sin electrónica. Este sistema sería una demostración significativa del potencial de nuestro diseño para permitir nuevos tipos de detección visual suave.

El Research Brief es una breve descripción de trabajos académicos interesantes.