超透鏡與人造肌肉結合 電子控制平面人造眼睛問世

　　據最新一期《科學進展》雜志報道，受人眼啟發，美國研究人員開發出一種自適應超透鏡，其本質上是一種電子控制的平面人造眼睛。

　　這種自適應超透鏡可同時控制構成圖像的三個主要因素：焦距、散光和像移。哈佛大學工程與應用科學學院科研團隊稱，新研究將人造肌肉技術與超透鏡技術的最新進展相結合，創造出的可調節超透鏡能像人眼一樣實時調整焦距，在加強人眼無法自然做到的畸變（散光和像移）動態矯正能力方面邁出了堅實一步。

　　為了構造人造眼睛，研究人員對超透鏡進行了放大。超透鏡聚焦光線並通過密集的納米結構圖案（每個納米結構都小於光線的波長）消除球面像差。納米結構之小造成透鏡信息密度極高，超透鏡從100微米轉換到1厘米時，描述透鏡的信息增加1萬倍，文件大小增至吉字節乃至太字節級。為此，研究人員開發出一種文件壓縮新算法，使超透鏡可兼容現有的集成電路制造技術。

　　之后，研究人員將大型超透鏡黏附到人造肌肉上，且不影響其聚光能力。透鏡和人造肌肉的總厚度隻有30微米。在人眼中，睫狀肌圍繞著晶狀體，可拉伸或收縮晶狀體的形狀來調整焦距。研究人員選擇了一種低損耗的、薄且透明的介電彈性體附著在透鏡上，以保証光線通過材料時的散射會很小，並通過施加電壓來控制彈性體。當彈性體拉伸時，透鏡表面的納米柱位置發生改變。控制納米柱相對於其鄰居的位置以及結構的總位移，可調諧超透鏡。研究表明，這種超透鏡可以同步調焦，控制散光和像移造成的像差。

　　研究人員稱，此項成果展現了嵌入式光學變焦和自動對焦技術的可行性，可廣泛應用於手機攝像頭、眼鏡、虛擬和增強現實器件等。未來光學顯微鏡亦可藉此實現全電子操作，同時校正大量像差。新研究也為半導體制造和透鏡制造兩個行業的融合提供了可能，未來制造計算機芯片的技術同樣可用於制造基於超表面的光學器件。（記者 馮衛東）

　　總編輯圈點

　　超透鏡很輕薄，如果它能代替傳統光學裝置中那些鏡頭組，就能讓手機、相機都變小。文中的研究，是一次材料學和計算機學的“聯姻”。原來，模擬人造眼要讓科學家費這麼多心思，他們採用納米結構圖案來消除球面像差，又用壓縮算法使超透鏡能兼容集成電路制造技術。不過，超透鏡也不止於模擬人眼。研究者說，他們有望進一步設計出能糾正散光和像移的超透鏡，這是人眼所不具備的。