معرفی لنز رباتیک نرم PHySL | برای بینایی بهتر ربات ها
برای سالها، فناوریهای تصویربرداری معمولی از نظر کارایی و سرعت، هرگز به سطح چشم بیولوژیکی ما نزدیک نشدهاند. هر کس که تجربه کار با دوربینهای آنالوگ تکلنزی بازتابی (SLR)، بهخصوص با لنز زوم، را داشته باشد، سنگینی و زمانبر بودن تنظیم فوکوس آنها را بهخوبی درک میکند. اگرچه دوربینهای دیجیتال SLR امروزی سریعتر هستند، اما همچنان نمیتوانند فوکوس را به آن ظرافت و سرعتِ هزاران بار در ساعت که چشم انسان انجام میدهد، جابهجا کنند.
در واقع، لنزهای دوربین ماهیتی سخت و حجیم دارند و برای تنظیم فوکوس باید به جلو و عقب حرکت کنند. اینجاست که معجزهی طبیعت خود را نشان میدهد؛ ما چشمهایی کوچک، نرم و انعطافپذیر داریم که میتوانند در یک لحظه از فوکوس روی یک تار عنکبوت براق به تماشای خورشید در افق تغییر حالت دهند.
در واقع، لنزهای دوربین ماهیتی سخت و حجیم دارند و برای تنظیم فوکوس باید به جلو و عقب حرکت کنند. اینجاست که معجزهی طبیعت خود را نشان میدهد؛ ما چشمهایی کوچک، نرم و انعطافپذیر داریم که میتوانند در یک لحظه از فوکوس روی یک تار عنکبوت براق به تماشای خورشید در افق تغییر حالت دهند.
الهام از ساختار بیولوژیک برای رباتهای نسل جدید
کری ژنگ و شو جیا از مؤسسه فناوری جورجیا، با درک همین نیاز حیاتی، راهکاری برای مشکل بینایی رباتها ابداع کردند. آنها لنزی نرم با قابلیت واکنش به نور ساختند که آن را PHySL (لنز نرم هیدروژل حساس به نور) نامیدند. این نوآوری که جزئیات آن در مقالهای با عنوان «لنز نرم رباتیک حساس به نور الهامگرفته از زیست» در مجله Science Robotics منتشر شد، با کنار گذاشتن لنزها و چرخدندههای حجیم و شکننده، از پلیمرهای هیدروژلی (آبپایه) استفاده میکند. هیدروژل مادهای است که شبکهای از پلیمرها را در خود دارد و میتواند آب را نگه دارد یا آزاد کند و از این طریق بین حالت مایعمانند و جامدمانند تغییر وضعیت دهد.
این لنز دقیقاً مانند عضلات مژگانی در چشم انسان عمل میکند؛ یعنی برای تغییر فاصله کانونی، به جای جلو و عقب رفتن فیزیکی، خود را میکشد و فشرده میکند. این ویژگی سبب میشود PHySL فوکوس را به همان شکلی که چشم طبیعی ما هزاران بار در ساعت انجام میدهد، تنظیم کند.
عملکرد خیرهکننده لنز رباتیک نرم PHySL
یکی از برجستهترین ویژگیهای PHySL این است که برای تنظیم خودکار فوکوس، به هیچ سیگنال الکترونیکی نیازی ندارد. در عوض، لنز مستقیماً به نور واکنش نشان میدهد و تنظیم دقیق آن از طریق نوردهی به بخشهای مختلفش صورت میگیرد. پژوهشگران توضیح میدهند که این سیستم با «بهرهگیری از عملگر هیدروژلی پویا که بهصورت خودکار انرژی نوری را جذب میکند»، «تنظیم گسترده فاصله کانونی را تنها با کنترل نوری» ممکن میسازد.
فناوری پشت این عملکرد شامل حلقهای از هیدروژل است که دور یک لنز سیلیکونی قرار گرفته است. درون این هیدروژل، ذرات ریزی از اکسید گرافن تعبیه شدهاند که نور را جذب میکنند. وقتی نور با شدتی مشابه نور خورشید به این ذرات تابیده میشود، آنها گرم شده و گرما را به هیدروژل منتقل میکنند. این فرآیند باعث انقباض و کشیدگی هیدروژل شده و شکل لنز را تغییر میدهد تا فوکوس دقیقتر شود. با قطع منبع نور، هیدروژل منبسط شده و فشار روی لنز رها میشود.
دقت میکروسکوپی و کاربرد در پزشکی
این لنز ژلهای و نرم، در عمل دقت شگفتانگیزی دارد. در تستهای آزمایشگاهی، PHySL نشان داد که میتواند جایگزین لنزهای شیشهای در میکروسکوپهای نوری سنتی شود و جزئیاتی بسیار ظریف را نمایان کند. برای مثال، این لنز میتواند شکافهایی به نازکی چهار میکرومتر (μm) یا خارهای ۹ میکرومتری روی پای یک مورچه را تشخیص دهد.
این انعطافپذیری، دوام، و ایمنی بالا (به دلیل حذف مواد سخت) PHySL را به گزینهای ایدهآل برای رباتهای نرم و ابزارهای زیستپزشکی تبدیل کرده است. رباتهای نرم برخلاف نمونههای فلزی، باید بتوانند بدون وارد کردن آسیب، در طبیعت یا درون بدن موجودات زنده فعالیت کنند. PHySL بهعنوان یک ساختار کممصرف و خودکار، مناسب برای استفاده در آندوسکوپهای جراحی، گیرههای ظریف برای جابهجایی اشیاء حساس، و فناوریهای پوشیدنی مانند حسگرهای پوستی است. این مواد شبیه بافت زنده میتوانند بدون خرد شدن یا بریدن محیط اطراف، کشیده و فشرده شوند، که مزیتی حیاتی برای ایمپلنتهای پوشیده از هیدروژل یا ابزارهای داخلی محسوب میشود.
گامهای رو به جلو: بینایی مستقل و نامحدود
پیش از این، ادغام مواد نرم با سیستمهای نوری چالشبرانگیز بود، چرا که لنزهای نرم قدیمی معمولاً به محفظههای پر از مایع یا عملگرهای الکترونیکی نیاز داشتند، که خود باعث پیچیدگی و وابستگی دستگاه به کابلها میشد. اما PHySL با فعالسازی نوری، تمام این مشکلات را برطرف میکند.
اکنون ژنگ و جیا در حال پیشبرد طرحهای خود برای ساخت نسخههای سریعتر و قدرتمندتر این لنز هستند. آنها حتی نمونه اولیه یک دوربین کاملاً بدون قطعات الکترونیکی را ساختهاند که لنز PHySL را با یک تراشه میکروفلوئیدیک فعالشونده با نور ترکیب میکند. هدف آنها ایجاد بینایی مستقل از الکترونیک در رباتهای نرم است. این تیم همچنین در حال بررسی چگونگی گسترش تواناییهای این لنز فراتر از طیف بینایی انسان هستند. اگر این پیشرفتها به نتیجه برسد، نسل آینده رباتهای نرم قادر خواهند بود ماجراجوییهایی را در اعماق اقیانوسها یا در مقیاس کوچکتر، درون بدن انسان تجربه کنند.
سوالات متداول
1. لنز رباتیک نرم PHySL چیست؟
PHySL مخفف «لنز نرم هیدروژل حساس به نور» است و یک چشم رباتیک انعطافپذیر است که توسط محققان مؤسسه فناوری جورجیا ساخته شده است. این لنز توانایی تغییر فوکوس بهصورت خودکار و دقیق را دارد، بدون آنکه به قطعات مکانیکی سخت یا منبع تغذیه الکترونیکی خارجی نیاز داشته باشد.
2. لنز PHySL چگونه فوکوس میکند؟
این لنز با الهام از عضلات مژگانی چشم انسان طراحی شده است. PHySL از نوعی هیدروژل (پلیمر آبپایه) ساخته شده که در پاسخ به انرژی نور تغییر شکل میدهد؛ نور جذب شده توسط ذرات اکسید گرافن باعث گرم شدن هیدروژل، انقباض آن و در نهایت تغییر شکل لنز برای تنظیم فوکوس میشود. این فرآیند کاملاً نوری و خودکار است.
3. مزیت اصلی استفاده از PHySL در رباتیک چیست؟
مزیت اصلی، فراهم کردن بینایی برای نسل جدید «رباتهای نرم» است که نیاز به انعطافپذیری، دوام و ایمنی بسیار بالا دارند. از آنجا که این لنز از مواد نرم ساخته شده و نیازی به برق ندارد، برای کاربردهای حساس مانند آندوسکوپهای جراحی یا تجهیزات پوشیدنی که با بافت زنده در تماس هستند، ایدهآل است و خطر آسیبرسانی را کاهش میدهد.
4. دقت این لنز رباتیک چقدر است؟
لنز PHySL قدرت تشخیص جزئیات بسیار ظریفی را دارد و میتواند در میکروسکوپها جایگزین لنزهای سنتی شود. این لنز قادر است بر روی اجسامی به کوچکی چهار میکرومتر (مانند تارهای روی پای مورچه یا رشتههای قارچ) فوکوس کند.
5. آیا این فناوری میتواند در آینده جایگزین چشم انسان شود؟
PHySL برای استفاده در رباتها و ابزارهای پزشکی طراحی شده و میتواند محدودیتهای بینایی انسان را تکمیل کند. محققان همچنین در حال بررسی توسعه این فناوری برای ساخت لنزهایی با توانایی دید فراتر از طیف بینایی انسان هستند، مانند تقلید از توانایی دید ماهی مرکب در تشخیص رنگها.
ثمینه تفقدی هستم علاقه مند به محتوا نویسی، از سال ۲۰۲۴ به تیمی که در زمینه ارز دیجیتال فعالیت داشت پیوستم و از اوایل سال ۲۰۲۵ با علاقه مند شدن به گجت ها و نوآوری هایی که برای اولین بار در جهان اتفاق می افتد، باعث شد تا با تیم جوان و با پشتکار پارس دیجی آشنا بشم از اون تاریخ به بعد درباره بهترین گجت ها تحقیق میکنم تا اطلاعات بهینه ای را در اختیار خوانندگان محترم این سایت قرار دهم
نظرات کاربران