تحول عینک‌های هوشمند با لنز گرافنی

چشم انسان می‌تواند در کسری از ثانیه از دیدن نوشته‌های نزدیک به مشاهده اشیای دور تغییر فوکوس دهد اما ایجاد چنین قابلیتی در دوربین‌ها و تجهیزات نوری معمولا به لنزهای سخت، موتور و قطعات مکانیکی متحرک نیاز دارد.

اکنون پژوهشگران دانشگاه «کویین مری» لندن، لنز نرمی با ماده‌ شفاف مبتنی بر گرافن ساختند که رویکرد متفاوتی دارد و می‌تواند بدون اتکا به سامانه‌های مکانیکی حجیم، به‌صورت الکترونیکی فوکوس خود را تغییر دهد.

پژوهشگران اظهار کردند: این فناوری در آینده می‌تواند در عینک‌های هوشمند، دوربین‌های دارای فوکوس خودکار، هدست‌های واقعیت مجازی و افزوده، تجهیزات تصویربرداری پزشکی و ابزارهای علمی کاربرد داشته باشد.

دوربین‌ها و میکروسکوپ‌های معمولی برای تغییر فوکوس، لنزهای سخت را به جلو و عقب حرکت می‌دهند. این سازوکار اگرچه موثر است اما به موتور و قطعات متحرک نیاز دارد و می‌تواند موجب افزایش وزن، اندازه، صدا و پیچیدگی دستگاه شود.

در این فناوری، به‌جای جابه‌جایی فیزیکی لنز، شکل آن تغییر می‌کند؛ سیگنال الکتریکی باعث تغییر شکل محرک لنز می‌شود سپس غشای لنز کشیده شده و انحنای آن تغییر می‌کند. این تغییر انحنا، فاصله کانونی لنز را تغییر می‌دهد و به آن امکان می‌دهد روی اشیایی در فاصله‌های مختلف فوکوس کند.

یکی از بزرگترین چالش‌ها در ایجاد چنین لنزهایی، الکترودهای مورد نیاز برای کنترل آنها بوده است. لنزهای نرم با تحریک الکتریکی به الکترودهای انعطاف‌پذیر نیاز دارند، اما مواد به‌ کار رفته در الکترودهای معمولی اغلب مانع عبور نور می‌شوند. به همین دلیل، مهندسان ناچار هستند این الکترودها را به‌جای قرار دادن در زیر خود لنز، در اطراف لبه‌های آن قرار دهند. این مشکل، امکان کوچک‌تر و ساده‌تر شدن این فناوری را محدود می‌کند.

پژوهشگران برای حل این مشکل از اکسید گرافن کاهش‌ یافته استفاده کردند، ماده‌ای مبتنی بر گرافن که در زمان هدایت جریان الکتریکی، شفافیت نسبی خود را حفظ می‌کند. آنان الکترودهایی بسیار نازک را به‌طور مستقیم روی محرک نرم زیر لنز قرار دادند. با اعمال میدان الکتریکی کوچک، محرک منبسط می‌شود و غشای لنز را می‌کشد در نتیجه شکل لنز و فاصله کانونی آن تغییر می‌کند.

آنان دریافتند، میزان ماده گرافنی نیز باید با دقت تنظیم شود. استفاده بیش از حد از آن می‌تواند شفافیت لنز را کاهش دهد و استفاده کمتر از حد نیز عملکرد الکتریکی را ضعیف کند. پژوهشگران با ایجاد تعادل میان این دو ویژگی، موفق شدند نمونه اولیه کوچک بسازند که قابلیت فوکوس در فاصله‌های مختلف را دارد.

این فناوری هنوز در مرحله آزمایشی قرار دارد و برای استفاده عملی، بهبود شفافیت الکترودها و عملکرد کلی سامانه ضروری است. با این حال، این رویکرد می‌تواند در مقایسه با سامانه‌های فوکوس متداول، مزایای مهمی به همراه داشته باشد.

مواد نرم و فعال از نظر الکتریکی می‌توانند تا حدی مانند ماهیچه‌های مصنوعی عمل کنند و با دریافت سیگنال الکتریکی، به‌صورت روان و پیوسته شکل خود را تغییر دهند. این مواد برای تغییر موقعیت لنز به موتور و چرخ‌دنده‌هایی نیاز ندارند که معمولا در سامانه‌های فوکوس به کار می‌روند. ترکیب این ویژگی با خواص الکتریکی مطلوب گرافن می‌تواند به مهندسان امکان دهد سامانه‌های نوری کوچک‌تر، سبک‌تر و کم‌صداتری طراحی کنند.

پژوهشگران همچنین می‌گویند: این لنز را می‌توان با استفاده از روش‌های نسبتا ساده و مواد اولیه کم‌هزینه تولید کرد.

وب‌سایت تک نیوز گزارش کرد، اگر این فناوری در آینده توسعه بیشتری یابد، دوربین‌ها، نمایشگرهای پوشیدنی و تجهیزات پزشکی کوچک می‌توانند فوکوس را بیشتر شبیه چشم انسان کنند که با تغییر شکل لنز و نه با جابه‌جایی قطعات سخت شیشه‌ای انجام خواهد شد.

این پژوهش به سرپرستی جیمز باسفیلد از دانشگاه «کویین مری» لندن انجام شده و نتایج آن در مجله Advanced Functional Materials منتشر شده است.

*