哈佛大学的自适应Metalens Eye结合了肌肉力量，实现卓越的聚焦和图像清晰度

哈佛大学的研究人员构建了一种自适应超透镜，可以控制模糊图片的 3 个关键因素——焦点、散光和图像偏移。这种扁平的电子控制眼睛结合了超透镜技术和人造肌肉技术的进步。

人造眼可以同时控制所有 3 个关键因素，并且可以配置为实时改变焦点。它的工作原理与正常人眼相似，但是，在未来，该技术可以进一步改进，以完成人眼自然无法完成的事情，例如动态校正图像偏移和散光。

该技术还展示了内置自动对焦和光学变焦在多种应用中的可行性，从眼镜和光学显微镜到智能手机和 VR/AR 设备。

通常，超镜头通过小于光波长的致密纳米结构图案来聚焦光线并减少球面像差。由于它们太小，每个镜头的信息密度非常高。

要制造人造眼，首要任务是扩大超透镜的尺寸。然而，每当科学家尝试这样做时，仅设计的文件大小就会达到 TB 级。

为了解决这个问题，他们开发了一种算法，可以将文件的大小压缩到一个显着的水平，使元透镜与用于制造集成电路的技术兼容。超透镜的直径被放大到厘米。

如下图所示，超透镜（由硅制成）内的彩色虹彩是由大量纳米结构产生的。

安装在透明聚合物片上的硅超透镜 |图片来源：哈佛海洋研究所

参考：科学进展| doi:10.1126/sciadv.aap9957 |哈佛海洋学院

下一步是将超透镜粘在人造肌肉上，但不会影响超透镜的聚光能力。自然眼睛的晶状体被睫状肌包围，睫状肌是一圈平滑肌，通过改变晶状体的形状来控制观看不同距离物体的调节。

科学家们选择了一种薄的、透明的介电弹性体附着在透镜上，光通过它传播时散射较少。他们构建了一个全新的平台，用于将镜片转移并粘附到柔软的表面上。不用说，这是整个人工眼研发过程中最大的挑战。

Metlens 将光线聚焦到图像传感器上 |图片来源：卡帕索实验室/哈佛海洋研究所

如上图所示，超透镜的形状由电信号控制，以形成必要的光学波前（红色）。

通过施加不同的电压来调节弹性体。当弹性体拉伸时，纳米柱在透镜表面上的位置会发生变化。柱子相对于其邻居的位置以及结构的总位移可用于配置超透镜。

晶状体和肌肉的总厚度为 30 微米。它可以同时进行聚焦、图像移动和控制像散引起的像差。

可靠性测试

该仪器的可靠性通过 2 至 100 赫兹、2.5 kV 幅度的正弦电压进行了测试。它完全没有失败，一千次循环后图像质量似乎也没有下降。

然而，当电流开始流过时，在接近 3.5 kV 时观察到介电击穿，从而损坏仪器。这是与局部燃烧相关的“软”故障。相同的仪器在重新上电后能够恢复运行。