ربات ها به زودی دید مرکب چشمی خواهند داشت

آیا دوست دارید تی شرتی را امتحان کنید که رنگ آن با آب و هوا تغییر می کند یا بانداژی که با تغییر رنگ هنگام بروز عفونت در محل آسیب به شما هشدار می دهد.

به گزارش تکناک، محققان دانشگاه هنگ کنگ موادی را برای تبدیل چنین ایده هایی به واقعیت ساخته اند. آنها یک سیستم تغییر رنگ لاستیک مانند به نام Morphable Concavity Array (MoCA) ایجاد کرده اند.

این ماده منحصربه‌فرد از بال‌های پروانه الهام می‌گیرد و از پیکسل‌های متعددی تشکیل شده است که هر کدام را می‌توان به طور جداگانه دستکاری کرد تا به الگوی رنگی مورد نظر دست یافت.

محققان خاطرنشان کردند: ما معتقدیم که این استراتژی پیکسل‌سازی می‌تواند برای طراحی رابط‌های سلسله مراتبی بیشتر و سیستم‌های نوری متعدد مانند چشم‌های مرکب مصنوعی یا لنزهای کریستالی برای کاربردهای بیومیمتیک (الهام از طبیعت) و روباتیک مورد استفاده قرار گیرد.

شباهت های بین MoCA و بال های پروانه

بال‌های پروانه‌ها ظاهری پرجنب و جوش دارند زیرا ساختارهای منحصربه‌فردی برای دستکاری نور به نام ریز فرورفتگی‌های دو رنگ دارند. این گودال های کوچک به عنوان کریستال های فوتونی (مواد نوری که می توانند نور را مسدود، کنترل و دستکاری کنند) کار می کنند.

هنگامی که نور روی این گودال ها می افتد، در زوایای خاصی خم می شود و در نتیجه الگوهای دو رنگی روی بال های آنها ایجاد می شود. MoCA همچنین دارای سوراخ ها یا کریستال های فوتونی برای تولید رنگ های مختلف است.

این ساختار شامل دو لایه است: یک لایه مسطح بالایی که از غشا محرک الاستومر کریستال فوتونی (PC-EA) تشکیل شده و یک لایه مقعر پایینی با سوراخ های گرد با فاصله منظم.

دانشمندان قبلاً نیز با استفاده از جوهر و مواد نانو قابل برنامه ریزی مجدد، سیستم های تغییر رنگ ایجاد کرده بودند. با این حال، محققان ادعا می کنند که این اولین سیستم تغییر رنگ است که از ساختارهای مقعر و مسطح استفاده می کند.

استراتژی تغییر رنگ MoCA با تغییر مورفولوژی محلی آن، به ویژه با کنترل انتقال بین حالت های مسطح و مقعر به دست می آید. یی پان، یکی از نویسندگان مطالعه و محقق در HKU، گفت: این موضوع MoCA را از سایر سیستم‌های تغییر رنگ پیکسلی متمایز می‌کند.

PC-EA، که لایه بالایی MoCA است، دارای دو زیر لایه است: یک لایه هیدروژل پایینی از پلی N-ایزوپروپیل آکریل آمید (pNIPAM) و یک لایه الاستومری (به نام GPDMS) در بالا.

هنگامی که PC-EA در معرض اتانول قرار می گیرد، جذب اتانول در pNIPAM بسیار سریعتر از GPDMS اتفاق می افتد. در نتیجه، pNIPAM متورم می شود و سنگین می شود و GPDMS را به داخل حفره مقعر MoCA فشار می دهد.

این عمل زاویه تابش نور به MoCA را تغییر می‌دهد و تمام نور قرمز را مسدود می‌کند و در نهایت رنگ پیکسل‌هایی که MoCA را تشکیل می‌دهند آبی می‌شود. محققان خاطرنشان می کنند: تغییر زاویه 15 درجه می تواند به رنگ اجازه دهد بین آبی و قرمز متضاد تغییر کند.

جالب‌تر این است که دانشمندان می‌توانند رنگ یک پیکسل یا کل مواد را بسته به نیاز خود تغییر دهند. آنها افزودند: یک MoC را می توان به عنوان یک پیکسل تغییر رنگ در نظر گرفت و بیشتر در یک سیستم تغییر رنگ چند پیکسلی مونتاژ کرد.

علاوه بر این، جدا از توسعه برنامه های تغییر رنگ، MoCA همچنین دارای پتانسیل دستیابی به دید چشم مرکب است که در مورد حشرات مشاهده می شود. برخلاف چشم انسان، حشرات تصاویر را به صورت پیکسلی می بینند.

اگرچه چشمان انسان می توانند تصاویر رنگارنگی با وضوح و وضوح بالا تولید کنند، اما نمی توانند به طور همزمان روی چندین جسم متمرکز شوند یا اشعه UV را ببینند.

از سوی دیگر، چشم‌های حشرات دارای عدسی‌های متعددی هستند که به آن‌ها امکان می‌دهد میدان دید وسیعی داشته باشند، یعنی می‌توانند طول موج‌هایی از UV تا نور قرمز را جذب کنند. چشم های مرکب همچنین آنها را قادر می سازد تا بر روی اجسام متعدد در محیط اطراف خود تمرکز کنند.

نویسندگان این مطالعه بر این باورند که دستگاه های نوری با ترکیبی از چشم مرکب و عدسی کریستالی نه تنها طبیعت را تقلید می کنند بلکه از آن فراتر می روند.

به عنوان مثال، وقتی ربات‌ها و ماشین‌های طراحی‌شده برای چندوظیفه‌گی به چنین سیستم بینایی مصنوعی مجهز شوند، می‌توانند در مراقبت‌های بهداشتی، دفاعی، کشاورزی، تولید و سایر زمینه‌های مختلف شگفت‌انگیز باشند. چشم انداز MoCA می تواند به آنها اجازه دهد چندین مشکل را در یک زمان شناسایی و حل کنند.

این مطالعه در مجله Advanced Science منتشر شده است.