Плавая в мутных реках, в условиях слабой освещенности, рыба-слон способна обнаружить хищников благодаря уникальной форме глазной сетчатки, которая улавливает свет. Ученые исследовали ее структуру, чтобы применить особенности строения зрительного органа рыб для создания контактных линз с автофокусировкой.
Контактные линзы, которые автоматически фокусируются за доли секунд, могут иметь жизненно важное значение для людей с различными глазными заболеваниями. Например, такими как пресбиопия, когда хрусталик глаза теряет свою эластичность и человек начинает плохо видеть мелкие объекты вблизи.
«Этим недугом страдают более миллиарда людей по всему миру. Очки, обычные линзы и хирургическое вмешательство приносят некоторое улучшение, но все это приводит к потере контрастности и чувствительности, а также к проблемам с ночным видением», — объяснил руководитель проекта Хангри Янг, доктор наук из Университета Мэдисона (штат Висконсин, США). Его идея заключается в разработке контактных линз, которые могли бы постоянно подстраиваться под состояние роговицы и хрусталика, чтобы обеспечить пожилому человеку зрение как у подростка.
Проект Янга, финансируемый Национальным глазным институтом, требует решения ряда технических проблем. Среди них: проектирование линзы, алгоритм управляемых датчиков, разработка миниатюрных электронных схем для регулирования формы линзы, а также создание источника питания. Эти элементы необходимо встроить в мягкий и гибкий материал, который надевается на глазное яблоко.
В своем последнем исследовании, опубликованном в Трудах Национальной академии наук, Янг и его команда уделили основное внимание конструкции датчиков визуального восприятия. По словам Янга, датчики должны быть чрезвычайно малы и способны получать изображения в условиях плохой освещенности, следовательно, обладать высокой чувствительностью к свету.
Ученые взяли за образец сетчатку глаза рыб-слонов, которая имеет ряд глубоких чашеобразных структур с отражающими боковыми стенками. Такое строение глаза помогает собирать свет определенной длины волны, чтобы рыбы могли различать объекты в мутной воде.
Вдохновленные природой, исследователи создали устройство, содержащее тысячи маленьких легких элементов. Они представляют собой пальцевидные стеклянные выступы, внутри которых есть глубокие чашечки, покрытые отражающим алюминием. Свет попадает на эти чашечки, а затем фокусируется их боковыми стенками. Янг с коллегами проверили эффективность данного устройства с помощью механической модели глаза, изготовленной в лаборатории.
Исследователи разработали и протестировали несколько вариантов контактных линз. В одном из них они образовали жидкую линзу в виде капли из силиконового масла и воды, не смешивая их. Каплю поместили на гибкую основу, находящуюся под воздействием электрического поля, образованного парой электродов. Поверхностное натяжение каждой жидкости менялось по-своему под влиянием этого поля, в результате чего возникали силы, которые перемещали капельку, настраивая определенное фокусное расстояние. Такая линза способна фокусироваться на объектах размером до 20 мкм, что сравнимо с тончайшим человеческим волоском.
Другой тип линз они создали по аналогии со сложным строением глаз насекомых, состоящих из тысяч отдельных микролинз, каждая из которых направлена так, чтобы захватить определенную часть пространства. Ученые разработали набор гибких искусственных микролинз, каждая из которых сделана из кремниевых наноструктур. Их совместное использование обеспечивает еще более высокое разрешение, чем дают жидкие линзы. Гибкость микролинзы делает ее пригодной не только для применения в контактных линзах, но и для некоторых других случаев. Если обернуть такой материал вокруг лапароскопической хирургической сферы, то можно обследовать внутренности пациента на 360 градусов с высоким разрешением. Если установить на фонарный столб, расположенный в центре перекрестка, то можно наблюдать окружающий перекресток со всех сторон.
Для того чтобы менять фокус, контактные линзы также должны быть оснащены очень компактным и тонким источником питания. Ученый решил использовать солнечную батарею, которая собирает электроны от солнечного света, превращая их в электричество, а также хранит энергию в наноструктурах. Это работает так же, как обычная солнечная панель, но добавление возможности хранения энергии в том же устройстве является новшеством. Устройство достаточно маленькое и нуждается в тонкой настройке, но команда надеется, что его мощности хватит, чтобы управлять линзами, помещаясь в отведенном ему пространстве. Образец для клинических испытаний планируется создать в течение 5–10 лет. Стоимость таких линз не должна превышать стоимость обычных.
https://www.gismeteo.ru/news/sobytiya/18383-ryby-i-nasekomye-vdohnovili-uchenyh-na-sozdanie-novyh-kontaktnyh-linz/
