哈佛又出黑科技，将超透镜与人造肌肉技术结合，创造“人造眼睛”

受到人眼的启发，哈佛大学John A.Palulson工程与应用科学学院（SEAS）的研究人员将人造肌肉技术的突破和metalens技术的突破相结合，创造出可以跟人眼一样实时改变焦点的可调节metalens。

听不懂？看了下面这个gif你就懂了。

传统镜片在装配过程中难免会产生轻微的错位和机械应力，这对镜片会产生变形，从而导致少量的散光和其他像差。而metalens是平面透镜，不同于曲面透镜，在出现这些问题的时候，metalens就有纠正这些畸变的可能性。

在人眼中，晶状体被睫状肌包围，通过拉伸或压缩改变晶状体的形状来调整焦距。通过将metalens与人造肌肉技术的集合。通过人造肌肉伸展透镜时，纳米柱位置发生改变，达到改变焦距的效果。

让metalens能够像人眼一样实时改变焦点，同时还能做到人眼无法自然做到的散光和图像偏移。焦点、散光、图像偏移正是造成图像模糊的主要原因。

人造肌肉

人造肌肉并不是生物学意义上的肌肉，而是指在外部刺激下（如电压、电流、压力、温度等），能够产生可逆性收缩、膨胀或旋转的材料。叫电活性智能材料可能会更加妥帖，不过就没有人造肌肉这个名字那么有噱头了。

在这里，研究人员使用的是薄而透明的介电弹性制动器（也就是我们的人造肌肉）。研究人员将metalens’粘在一个这样的人造肌肉上，同时还要保证这个材料的折射率很低，这样光通过的时候只会产生很小的散射。

在圆盘上，将电极以同等面积同心地贴在膜的两侧来产生单个均匀变形区域。

如图这种五段的装置允许创建和控制不同的应变场，包括中心的径向膨胀和收缩应变。

透明可拉伸的电极层（灰色），由单壁碳纳米柱组成，带电荷，充当电容器。产生的静电引力沿红色箭头方向压缩，人造肌肉沿黑色箭头方向膨胀。

简单来说，就是通过电压的变化，在metalens的x轴和y轴施加不同的力，从而造成z轴焦点的变化。

接下来，研究人员的目标是进一步降低控制所需要的电压与镜头的功能。

超透镜Metalens技术的突破

限制metalens应用的最大障碍就是它的大小问题。两个月前，技术难题还是如何将metalens直径尺寸突破1cm，如今，metalens的尺寸已经达到了2cm。

在扩大metalens尺寸时，研究人员将半导体技术和透镜制造技术结合，将metalens与制造集成电路的技术兼容，将用于制作计算机芯片的光刻技术用于制造光学元件的表面。

这时，最大的问题就是，在尺寸扩大的同时，数据文件也在成倍的扩大。

由于metalens亚波长尺寸标准的限制，小小的器件上描述了数百万或数十亿个单独的微观元元素。面积一旦过大，极高的数据密度会产生难以控制的超大文件总量。例如，直径5cm的镜片可能需要超过60亿个元素组成，而且每个元素必须用纳米级精度的位置和半径定义来描述，导致尺寸会超过200千兆字节。所以，之前制作的metalens不过几毫米而已。

为了能够储存这么多数据，在这些文件随后进行计算密集型处理（例如压裂）时，将这些文件大小压缩到最低是至关重要的。

研究人员研发的一种压缩算法“METAC”(METAsurface Compression)，允许文件大小呈指数般减少几个数量级。该算法使用布局文件中的大量层级级别来复制关于中心光轴的元元素（大多数透镜时中心对称的），利用旋转对称来大大减少那些沿着一条径向线上独特元元素定义的数量。

根据设备直径和METAC算法比较设计文件大小

对应像透镜这样旋转对称的器件，核心算法是在每个径向位置处实现的，首先生成自引用结构库，然后再顶层结构内引用该库内的结构。库的第一个元素是从一个原始结构开始生成的。第二个元素是在通过相同的径向位置处引用第一个元素的两个副本形成的，但是偏移了适当的方位角。第三个元素通过引用第二个元素的两个副本。以此类推，生成了一系列递增的层次级别的指数级加倍结构。

由METAC生成的metalens布局设计的中心部分的视图。

通过实验，研究人员相信，METAC算法能将metalens推向更高级发展。

同时，研究人员还表明，他们现在正在积极寻找商业合作。

再说两句

人类社会的发展可以概括为材料的发展，从石器时代到青铜时代再到铁器时代和现在品种繁多，功能各样的新型材料，无论什么技术，都需要材料作为载体才能实现。技术的突破加快了材料技术的发展，材料技术的发展也促进了新技术的产生。

哈佛不久前的超透镜metalens已经给我们带来了惊艳，如今又通过与人造肌肉技术和半导体技术的结合更进一步，制造出了“人造眼睛”。这些技术不仅会给AR眼镜带来无限的遐想，更会促进更多领域的新想法。【来源：搜狐】

更多资讯详见：360社区早报（2018-3-26）