Óptica
Cambian de forma y de distancia focal al aplicarse un voltaje y sustituirán a los sistemas de lentes sólidas convencionales
Pablo Javier Piacente
Al incorporar un fluido sensible a la electricidad, unas nuevas lentes adaptables creadas por investigadores chinos pueden variar su forma y modificar la distancia focal cuando se las estimula, imitando el funcionamiento del ojo humano.
Se sabe que la visión humana puede enfocar arbitrariamente objetos a diferentes distancias y a velocidades increíblemente rápidas: esta funcionalidad inspiró a los investigadores de la Universidad Tecnológica de Hefei, en China, para desarrollar una lente líquida adaptativa similar a un ojo. Se basa en un nuevo fluido eléctricamente sensible llamado adipato de dibutilo (DBA), que cambia la distancia focal cuando se aplica un voltaje.
Según una nota de prensa de The Optical Society, la lente es liviana, compacta y fácil de fabricar, lo que la hace ideal para cámaras de teléfonos móviles, endoscopios, anteojos y aplicaciones de visión artificial. La investigación que derivó en esta nueva tecnología, con amplias aplicaciones tanto en el campo de la salud visual como en dispositivos electrónicos, fue publicada en la revista Optics Letters.
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La lente basada en el fluido DBA pesa solo unos pocos gramos, exhibiendo un alto rendimiento óptico y adecuada estabilidad. El fluido empleado es transparente, no volátil y económico, convirtiéndose en una alternativa ideal para utilizar en lentes líquidos adaptables. La estructura molecular electronegativa utilizada en el fluido es la que permite “activar” los rápidos cambios de forma de la lente, a través de la aplicación de un estímulo eléctrico.
La variación de la forma hace posible modificar la distancia focal, una característica central en cualquier dispositivo óptico, incluyendo al propio ojo humano. Se habla de distancia focal al referirse a la lejanía existente desde el centro del objetivo hasta el sensor de imagen. Como cada objetivo tiene una distancia focal diferente, la misma determina la amplitud de una escena que se puede capturar o ver, o sea el ángulo de visión.
De acuerdo a los científicos, este tipo de lente líquida adaptativa podría reemplazar algún día a los sistemas de lentes sólidas convencionales. En una cámara de teléfono móvil, por ejemplo, la nueva tecnología permitiría cambiar rápidamente la distancia focal, disponiendo al mismo tiempo de cámaras tan delgadas como el propio teléfono. Además, al no requerir ningún elemento mecánico, este tipo de lente basada en fluidos puede usarse durante años sin desgastarse.
ESTIMULACIÓN ELÉCTRICA Y CAMBIO DE FORMA
La aplicación de una corriente continua sobre la lente hace que las moléculas del fluido DBA se acumulen y creen una estructura en forma de cúpula. Así logran modificar la forma de la lente, de una manera que depende del voltaje aplicado, cambiando inmediatamente la distancia focal. La eliminación del campo eléctrico hace que el fluido recupere su forma inicial.
Aunque ya existen lentes líquidas adaptativas en el mercado, los investigadores remarcaron que la nueva tecnología ofrece mejoras significativas en distintos puntos. Las lentes adaptativas actuales utilizan un líquido, como por ejemplo el agua salada, que requiere una película para separar la sustancia conductora del electrodo, que otorga la sensibilidad eléctrica.
Por el contrario, la nueva lente líquida basada en el fluido DBA no requiere de una capa aislante: el líquido entra en contacto directo con el electrodo, derivando en una estructura más simple y una mejor estabilidad. Los especialistas comprobaron que el rendimiento de la nueva lente se mantiene estable en contextos de temperatura ambiente y hasta los 93 grados Celsius. En tanto, la resolución de la lente puede alcanzar casi 29 líneas por milímetro.
A futuro, el equipo de científicos dirigido por el especialista Miao Xu buscará lograr que las nuevas lentes sean más prácticas, mediante el desarrollo de formas para reducir el voltaje necesario para “activar” los cambios visuales, aumentar la resolución y mejorar la velocidad de respuesta en el orden de milisegundos. Al mismo tiempo, intentarán reducir los efectos de la gravedad sobre el fluido DBA, con el propósito de fabricar lentes de mayores dimensiones.
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REFERENCIA
Variable-focus liquid lens based on electrically responsive fluid. Miao Xu et al. Optics Letters (2021). DOI:https://doi.org/10.1364/OL.447182
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Fuente:
