Et øjeæblekamera, nu med zoom

Det spirende felt af strækbar elektronik lover at ændre den måde, vi tænker om gadgets på. Siliciumspåner, når de først er begrænset til flade, stive former, vil bryde ud af den plane form. Et eksperimentelt eksempel er et kamera, modelleret efter et øjeæble, der har en buet række af lyssensorer.

Beskuerens øje: Inde i dette eksperimentelle kamera sidder et strækbart sensorarray under en flydende linse. Der pumpes vand ind i begge komponenter for at ændre forstørrelsen af ​​det billede, der tages af kameraet.

Nu giver et nyt design dette buede kamera et løft: Formen på objektivet og dets sensor kan ændres synkront, hvilket giver en 3,5x zoom. Dette giver en vigtig del af manglende funktionalitet til det originale kamerakoncept, siger John Rogers , professor i materialevidenskab og teknik ved University of Illinois, Urbana-Champaign. Rogers ledede udviklingen af ​​enheden. Resultatet er et komplet kamerasystem, med justerbar linse og justerbar detektor, der er i stand til at tage billeder, siger han. Rogers og hans medforfattere offentliggjorde detaljer om arbejdet mandag i Proceedings of the National Academy of Sciences .

Et kamera med buede sensorer - analogt med øjets buede nethinde - har visse fordele i forhold til et med en flad sensor. Dens synsfelt er bredere, og generelt kan enheden være enklere og mere kompakt. Mulige applikationer inkluderer kameraer til overvågning, telefoner, endoskopisk billeddannelse eller endda små videokameraer indlejret i fodboldhjelme, siger Yonggang Huang , medforfatter og ingeniørprofessor ved Northwestern University.

Kameraet er omtrent lige så bredt som et nikkel og har to hoveddele, et objektiv og et sensorarray. Linsen består af en tynd membran spændt over et gennemsigtigt glasvindue. Objektivets form, som svarer til kameraets brændvidde, ændres, når rummet mellem glasset og membranen fyldes med vand.

For at kameraet kan producere kvalitetsbilleder, skal dets sensorarray justeres, så det matcher objektivet. Derfor består detektoren af ​​et 16 gange 16 array af ultratynde siliciumdioder, forbundet med tynde ledninger. Arrayet, der oprindeligt var fremstillet på et fladt underlag, sidder oven på et strækbart ark og er bundet til en plade med en cirkulær åbning. Når vand pumpes ud af et kammer under pladen, hvilket skaber undertryk, trækkes de strækbare sensorer ned, hvilket giver en konkav form. Modulering af vandtrykket i linsen og under sensorerne gør det muligt at producere en række forskellige forstørrelser.

Data indsamlet af sensorarrayet overføres til en computer, hvor de bruges til at skabe et billede. Kameraet har et relativt lille antal pixels, så systemet bruger computertricks til at øge opløsningen. Ved at tage flere billeder fra lidt forskellige positioner og bruge specielle billedbehandlingsalgoritmer var forskerne i stand til at opnå en 100-dobling af opløsningen. Den samme grundlæggende teknik blev brugt til at kompensere for beskadigede pixels.

Efter år med teoretisk modellering og bøde - tuning det fremstilling og overførsel behandle , Rogers og hans kolleger har fundet effektive måder at få silicium til at strække i en række forskellige former til forskellige applikationer. Fremgangsmåden involverer at forbinde ultratynde øer af silicium ved hjælp af præcist mønstrede ledninger på en formbar overflade. Når en overflade strækkes, bliver siliciumøerne skånet for belastningen, fordi ledningerne tillader dem at skilles, og fordi de selv er så tynde.

Organiske og trykte materialer kan også bruges til at lave strækbar elektronik, men de kan ikke matche silicium med hensyn til hastighed. Anvendelser til strækbare siliciumkredsløb spænder fra elektriske sensorer, der sidder på toppen af ​​hjernen, til bærbare solceller. Rogers' opstart MC 10 annoncerede for nylig et samarbejde med Reebok om at integrere strækbar elektronik i sportstøj for at overvåge en persons præstation under træning eller genoptræning.

Det nye kameradesign er en fantastisk demonstration af den teknologiske værktøjskasse, som John Rogers og Yonggang Huang har været banebrydende gennem årene, siger Heiko Jacobs , professor i elektro- og computerteknik ved University of Minnesota. Rogers og Huang er i stand til at integrere højtydende enheder på strækbare og buede substrater og samtidig opretholde elektrisk aktivitet, siger han. Det vil dramatisk ændre udseendet af enheder og systemer, som kan antage nye former og former, som for et par år siden ville have været umulige at bygge.

Det zoombare øjeæblekamera er dog stadig i sin tidlige fase. Den anvendte hydraulik er måske ikke den mest praktiske til kommercialisering, siger Huang. I fremtiden, siger han, kan denne mekanisme erstattes af mikroaktuatorer eller andre kontrolstrategier.

Huang tilføjer, at fremtidige versioner vil være mindre og vil have flere pixels end den nuværende. De kan endda bruge et system med flere linser, der ligner et insekts øje. Og for kommercialisering bliver forskerne nødt til at vise, at tilgangen kan skaleres til megapixel-kompatible fotodetektor-arrays. Vi tror, ​​det er muligt, siger Huang, med et betydeligt ingeniørarbejde.

skjule