211service.com
Aparat do gałki ocznej, teraz z zoomem
Rozwijająca się dziedzina rozciągliwej elektroniki obiecuje zmienić sposób, w jaki myślimy o gadżetach. Wióry krzemu, raz ograniczone do płaskich, sztywnych kształtów, wyłamują się z płaskiej formy. Jednym z eksperymentalnych przykładów jest kamera, wzorowana na gałce ocznej, wyposażona w zakrzywiony układ czujników światła.
Oko obserwatora: Wewnątrz tej eksperymentalnej kamery pod soczewką płynną znajduje się rozciągliwy układ czujników. Woda jest pompowana do obu komponentów, aby zmienić powiększenie obrazu uchwyconego przez kamerę.
Teraz nowy projekt dodaje temu zakrzywionemu aparatowi impuls: kształt obiektywu i jego matrycy można zmieniać synchronicznie, zapewniając 3,5-krotny zoom. Jest to kluczowy element brakującej funkcjonalności oryginalnej koncepcji aparatu, mówi Jan Rogers , profesor inżynierii materiałowej na Uniwersytecie Illinois w Urbana-Champaign. Rogers kierował rozwojem urządzenia. Rezultatem jest kompletny system kamer, z przestrajalnym obiektywem i przestrajalnym detektorem, zdolny do robienia zdjęć, mówi. Rogers i jego współautorzy opublikowali w poniedziałek szczegóły pracy Materiały Narodowej Akademii Nauk .
Aparat z zakrzywionymi czujnikami — analogicznie do zakrzywionej siatkówki oka — ma pewną przewagę nad aparatem z płaskim czujnikiem. Jego pole widzenia jest szersze, a ogólnie urządzenie może być prostsze i bardziej kompaktowe. Możliwe zastosowania obejmują kamery do nadzoru, telefony, obrazowanie endoskopowe, a nawet małe kamery wideo wbudowane w kaski piłkarskie, mówi Yonggang Huang , współautor i profesor inżynierii na Northwestern University.
Aparat jest tak szeroki jak nikiel i składa się z dwóch głównych części, obiektywu i matrycy czujników. Soczewka składa się z cienkiej membrany naciągniętej na przezroczyste szklane okienko. Kształt obiektywu, który odpowiada ogniskowej aparatu, zmienia się, gdy przestrzeń między szkłem a membraną wypełniona jest wodą.
Aby kamera mogła generować obrazy wysokiej jakości, jej matryca czujników musi dostosować się do obiektywu. Dlatego detektor składa się z matrycy ultracienkich diod krzemowych o wymiarach 16 na 16, połączonych cienkimi przewodami. Matryca, pierwotnie wykonana na płaskim podłożu, znajduje się na wierzchu rozciągliwego arkusza i jest połączona z płytą z okrągłym otworem. Kiedy woda jest wypompowywana z komory poniżej płyty, tworząc podciśnienie, rozciągliwe czujniki są ściągane w dół, tworząc wklęsły kształt. Modulacja ciśnienia wody w soczewce i pod czujnikami umożliwia uzyskanie różnych powiększeń.
Dane zebrane przez matrycę czujników są przesyłane do komputera, gdzie są wykorzystywane do tworzenia obrazu. Kamera ma stosunkowo małą liczbę pikseli, więc system wykorzystuje sztuczki obliczeniowe, aby zwiększyć rozdzielczość. Wykonując wiele zdjęć z nieco różnych pozycji i stosując specjalne algorytmy obrazowania, naukowcy byli w stanie osiągnąć 100-krotny wzrost rozdzielczości. Ta sama podstawowa technika została użyta do kompensacji uszkodzonych pikseli.
Po latach teoretyczny modelowanie oraz Cienki - strojenie ten produkcja oraz przenosić proces Rogers i jego koledzy znaleźli skuteczne sposoby na rozciąganie krzemu do różnych kształtów do różnych zastosowań. Podejście polega na łączeniu ultracienkich wysp krzemu za pomocą precyzyjnie ukształtowanych przewodów na dopasowującej się powierzchni. Kiedy powierzchnia jest rozciągana, krzemowe wyspy są oszczędzone, ponieważ druty pozwalają im się rozdzielić, a same są bardzo cienkie.
Materiały organiczne i drukowane mogą być również używane do produkcji rozciągliwej elektroniki, ale nie mogą dorównać krzemowi pod względem szybkości. Zastosowania rozciągliwych obwodów krzemowych obejmują czujniki elektryczne umieszczone w górnej części mózgu oraz nadające się do noszenia ogniwa słoneczne. Startup Rogersa MC 10 niedawno ogłosił współpracę z Reebok w celu zintegrowania rozciągliwej elektroniki z odzieżą sportową w celu monitorowania wydajności danej osoby podczas treningu lub rehabilitacji.
Nowa konstrukcja aparatu jest fantastyczną demonstracją zestawu narzędzi technologicznych, które John Rogers i Yonggang Huang byli pionierami od lat, mówi Heiko Jacobs , profesor inżynierii elektrycznej i komputerowej na University of Minnesota. Rogers i Huang są w stanie zintegrować wysokowydajne urządzenia na rozciągliwych i zakrzywionych podłożach, zachowując jednocześnie aktywność elektryczną. To diametralnie zmieni wygląd urządzeń i systemów, które mogą przybierać nowe formy i kształty, których jeszcze kilka lat temu nie dałoby się zbudować.
Kamera z zoomem do gałki ocznej jest jednak wciąż na wczesnym etapie. Zastosowana hydraulika może nie być najbardziej praktyczna dla komercjalizacji, mówi Huang. Jak mówi, w przyszłości ten mechanizm można zastąpić mikrosiłownikami lub innymi strategiami sterowania.
Huang dodaje, że przyszłe wersje będą mniejsze i będą miały więcej pikseli niż obecna. Mogą nawet przyjąć system wielu soczewek, który przypomina oko owada. W celu komercjalizacji naukowcy będą musieli wykazać, że podejście można skalować do matryc fotodetektorów o rozdzielczości megapikselowej. Wierzymy, że jest to możliwe, mówi Huang, przy znacznej pracy inżynierskiej.