Аналогтық камералар тиімділік жағынан биологиялық көздерден әлдеқайда төмен. Егер сіз айна камерасын, әсіресе зум-объективі барын, қолыңызда ұстап көрген болсаңыз, олардың қаншалықты ауыр екенін және фокусты баптау қаншалықты ұзақ әрі күрделі болатынын білесіз.

Тіпті цифрлық айна камералары да жылдам жұмыс істегенімен, біздің көзіміз сияқты фокусты мыңдаған рет дәл әрі автоматты түрде өзгерте алмайды. Камера объективтері қатты әрі көлемді, сондықтан фокусты өзгерту үшін оларды алға-артқа жылжыту керек, ал көздеріміз әртүрлі қашықтыққа лезде бейімделе алады.

Табиғат бізге жұмсақ, ықшам әрі серпімді көздер сыйлаған, олар бір сәтте күн сәулесінде жарқыраған өрмекшінің торынан алыстағы көкжиекке дейін фокусты ауыстыра алады. Бұл біз үшін үйреншікті болса, роботтардың көру қабілеті туралы кім ойлайды?

Роботтарға арналған биомиметика: жаңа буын жұмсақ линзасы

Роботтардың көруін жақсарту үшін Джорджия технологиялық институтының Кори Чжэн мен Шу Цзя оларға инновациялық шешім – PHySL деп аталатын жарыққа сезімтал гидрогельді жұмсақ линза ойлап тапты. Science Robotics журналындағы мақаласында олар бұл жаңалықты «биоилһаммен жасалған жарыққа сезімтал жұмсақ роботтандырылған линза» деп сипаттайды.

Дәстүрлі ауыр әрі сынғыш, механикалық жетекті линзалардың орнына PHySL су негізіндегі жұмсақ гидрогель полимерлерін қолданады, олар бұлшықет қызметін атқара алады. Мұндай линза қажетті фокустық қашықтыққа бейімделу үшін адам көзіндей жиырылып-ұзарады, алға-артқа жылжымайды. Бұл құрылымға шабытты адамның кірпікті бұлшықеттері берген.

PHySL фокусты баптау үшін электронды сигналды қажет етпейді – ол жарыққа тікелей жауап береді. Бұл линзаның әртүрлі бөліктерін жарықтандыру арқылы фокусты дәл басқаруға мүмкіндік береді. Авторлардың айтуынша, «динамикалық гидрогельді жетекті пайдалану арқылы, ол оптикалық энергияны автономды түрде қолданады», PHySL «фокусты толықтай оптикалық басқарумен айтарлықтай дәл баптауды» қамтамасыз етеді. Қатты материалдардан бас тарту линзаны икемді, ұзақ мерзімді және тірі ағзалармен жанасқанда қауіпсіз етеді.

Жұмсақ роботтар мен медицина үшін артықшылықтар

Pixar мен Star Wars-тың металл роботтары әйнек пен полимер көздермен жақсы жұмыс істей алады, бірақ жаңа буын автономды машиналар – жұмсақ роботтар мен кейбір биомедициналық құралдар табиғатта немесе тірі ағзалар ішінде зиян келтірмей жұмыс істеуі керек.

PHySL-дің биомиметикалық дизайны арқасында олар жұмсақ, аз қуатты және автономды, бұл оларды хирургиялық эндоскоптар мен нәзік заттарды ұстауға арналған құрылғылар үшін мінсіз етеді. Жұмсақ роботтардың икемділігі оларға қатты машиналар кіре алмайтын немесе қауіпті ортаға енуге мүмкіндік береді.

Мұндай қасиеттер әсіресе киілетін электроникада, мысалы, теріге ұқсас сенсорларда және ішкі құрылғыларда, гидрогель имплантаттарында маңызды, өйткені олар қозғалып, созыла алады, айналадағы тіндерді бүлдірмейді.

Технологиялық қиындықтар мен болашағы

Жұмсақ ақылды материалдар бұрыннан ұстағыштар мен жетектерде қолданылып келеді, бірақ оларды оптикалық жүйелермен біріктіру қиын болды: дәстүрлі жұмсақ линзалар көбіне сұйықтықпен толтырылған камераларды немесе электроникасыз жұмыс істей алмайтын жетектерді қажет етті. Бұл күрделілікті, зақымдану қаупін арттырып, қолайсыз қосылымдарды талап етті. Жарықпен белсендірілетін PHySL электроника мен оған байланысты қиындықтарды жояды.

Жетістікке шабыттанған Чжэн мен Цзя PHySL-ді одан әрі жетілдіріп, жарыққа тезірек жауап беретін және қуаттырақ жиырылатын жаңа гидрогельдерді қолдануды жоспарлап отыр. Олар бұл жаңалықтарды камераларда қолдану мүмкіндігін де зерттеуде. Электроникасыз жұмыс істейтін камераның прототипі жасалды, онда PHySL арнайы жасалған жарыққа сезімтал микрофлюидті чиппен біріктірілген – оны жұмсақ роботтардың электроникасыз көруі үшін пайдаланбақ.

Егер бұл жүйе іске асса, жұмсақ WALL-E мен R2D2 ұрпақтары су астында саяхаттап, тіпті «Фантастикалық саяхаттағыдай» адам ағзасының ішкі әлемін зерттей алады.