Ερευνητές από το Georgia Institute of Technology ανέπτυξαν έναν ρομποτικό φακό που λειτουργεί σχεδόν σαν ζωντανός οργανισμός: εστιάζει αυτόματα στο φως, χωρίς να χρειάζεται ηλεκτρική ενέργεια ή κάποιο εξωτερικό σύστημα ελέγχου. Το νέο αυτό «ρομποτικό μάτι» είναι τόσο ευαίσθητο, ώστε μπορεί να διακρίνει τρίχες στα πόδια ενός μυρμηγκιού ή τα πέταλα ενός κόκκου γύρης, επιτεύγματα που μέχρι πρόσφατα απαιτούσαν μικροσκόπια υψηλής τεχνολογίας.
Η ανακάλυψη αυτή, που δημοσιεύτηκε στο Science Robotics, θα μπορούσε να αλλάξει ριζικά τον τρόπο που αντιλαμβανόμαστε τη ρομποτική όραση, ανοίγοντας τον δρόμο για «μαλακά» ρομπότ που βλέπουν χωρίς ηλεκτρονικά εξαρτήματα, μπαταρίες ή καλώδια. Ο Corey Zheng, υποψήφιος διδάκτορας στη βιοϊατρική μηχανική και πρώτος συγγραφέας της μελέτης, εξηγεί ότι τα παραδοσιακά ρομπότ βασίζονται σε σκληρούς αισθητήρες και ηλεκτρονικά συστήματα για να αντιληφθούν τον κόσμο γύρω τους. Ωστόσο, η νέα γενιά των λεγόμενων soft robots απαιτεί κάτι εντελώς διαφορετικό: μια αίσθηση και μια «όραση» που να λειτουργεί χωρίς ηλεκτρική ενέργεια.
Το κλειδί βρίσκεται σε ένα εξαιρετικά ευέλικτο υδροτζέλ με πολυμερή δομή που μπορεί να παγιδεύει και να απελευθερώνει νερό, αλλάζοντας σύσταση ανάλογα με τη θερμοκρασία. Όταν θερμαίνεται, το υλικό συρρικνώνεται, ενώ όταν ψύχεται, απορροφά νερό και διαστέλλεται.
Οι ερευνητές δημιούργησαν έναν δακτύλιο από αυτό το υδροτζέλ γύρω από έναν φακό σιλικόνης, σχηματίζοντας έτσι μια κατασκευή που μιμείται τη μηχανική του ανθρώπινου ματιού. Για να αποκτήσει «όραση», ενσωμάτωσαν στο υλικό μικροσκοπικά σωματίδια οξειδίου του γραφενίου, ένα σκούρο, εξαιρετικά απορροφητικό υλικό. Όταν το φως πέσει πάνω του, τα σωματίδια θερμαίνονται, προκαλώντας τη συρρίκνωση του υδροτζέλ και την αλλαγή του σχήματος του φακού, έτσι ώστε να εστιάσει αυτόματα. Μόλις το φως απομακρυνθεί, το υδροτζέλ επανέρχεται στο αρχικό του σχήμα, αποδεσμεύοντας την τάση και επαναφέροντας τον φακό.
Με άλλα λόγια, το ρομποτικό μάτι «ζει» και αντιδρά στο φως με τον ίδιο φυσικό τρόπο που το ανθρώπινο μάτι προσαρμόζεται στα σκοτεινά και φωτεινά περιβάλλοντα, αλλά χωρίς καμία ηλεκτρονική παρέμβαση.
Στη μελέτη τους, ο Zheng και ο επιβλέπων καθηγητής του, Shu Jia, απέδειξαν ότι ο φακός αυτός μπορεί να χρησιμοποιηθεί στη θέση γυάλινου φακού σε μικροσκόπιο. Τα αποτελέσματα ήταν εντυπωσιακά: η συσκευή μπορούσε να εστιάσει σε αντικείμενα με μέγεθος λίγων μικρομέτρων, όπως το διάκενο τεσσάρων μικρομέτρων ανάμεσα στα νύχια ενός κρότωνα ή τις ίνες ενός μύκητα πέντε μικρομέτρων. Ακόμη και η λεπτή τρίχα στα πόδια ενός μυρμηγκιού μόλις εννέα μικρομέτρων ήταν ευδιάκριτη.
Αυτή η ακρίβεια, σε συνδυασμό με την απλότητα της λειτουργίας του φακού, υποδεικνύει ότι οι μελλοντικές εφαρμογές του μπορεί να εκτείνονται από τη μικροσκοπία μέχρι την ανάπτυξη έξυπνων ρομπότ που βλέπουν χωρίς να χρειάζονται πολύπλοκα συστήματα.
Η ομάδα εργάζεται ήδη για να ενσωματώσει τον φακό σε ένα μικρορευστικό (microfluidic) σύστημα από βαλβίδες, φτιαγμένες από το ίδιο ευαίσθητο υδροτζέλ. Αυτό σημαίνει ότι το φως που χρησιμοποιείται για τη λήψη εικόνας θα μπορεί ταυτόχρονα να «τροφοδοτεί» την κάμερα με ενέργεια. Με αυτόν τον τρόπο, η κάμερα γίνεται ουσιαστικά αυτόνομη: φωτίζεται, βλέπει, προσαρμόζεται και λειτουργεί χωρίς εξωτερική πηγή ισχύος.
Σύμφωνα με τον Zheng, η ευελιξία του υδροτζέλ επιτρέπει τη δημιουργία φακών που μπορούν να «βλέπουν» πέρα από το ανθρώπινο οπτικό φάσμα. Για παράδειγμα, θα μπορούσαν να μιμηθούν τη δομή της κάθετης κόρης μιας γάτας για καλύτερη ανίχνευση κίνησης ή την ιδιόμορφη W-σχήματος αμφιβληστροειδή της σουπιάς, που επιτρέπει την αντίληψη χρωμάτων αόρατων για τον άνθρωπο.
Η καινοτομία αυτή αποτελεί μια ριζική αναθεώρηση του τρόπου με τον οποίο η ρομποτική αντιλαμβάνεται το περιβάλλον της. Μέχρι σήμερα, η «όραση» των ρομπότ εξαρτιόταν από φακούς, αισθητήρες και κυκλώματα, στοιχεία που περιορίζουν την ευκαμψία και την προσαρμοστικότητα. Το ρομποτικό μάτι του Georgia Tech, όμως, συνδυάζει οργανική συμπεριφορά με μηχανική ακρίβεια.
Η δυνατότητα ενός μαλακού ρομπότ να αντιλαμβάνεται και να προσαρμόζεται στο φως χωρίς καμία ηλεκτρονική υποστήριξη μπορεί να ανοίξει νέους δρόμους για ιατρικές συσκευές που ενσωματώνονται στο ανθρώπινο σώμα, για ρομπότ εξερεύνησης σε επικίνδυνα περιβάλλοντα ή ακόμα και για φορετές συσκευές με «βιολογική» ευαισθησία.
[source]
