Οι γυάλινοι φακοί που χρησιμοποιούνται σήμερα σε κάμερες, μικροσκόπια και τηλεσκόπια έχουν μεγάλο βάρος, μεγάλες διαστάσεις και μεγάλο κόστος. Τη λύση υπόσχεται να δώσει ένας επίπεδος φακός από «μετα-υλικά», πιο μικρός από μια τελεία και πιο λεπτός από μια κόλλα χαρτί.
Ο καινοτόμος φακός προσφέρει μεγέθυνση 170X και μπορεί να διακρίνει δομές που απέχουν μεταξύ τους μόλις 400 νανόμετρα, λιγότερο από ό,τι το μήκος κύματος του φωτός, αναφέρουν ερευνητές του Χάρβαρντ στο κορυφαίο περιοδικό Science.
Ο νέος φακός φωτογράφισε σε μεγέθυνση κύτταρα κρεμμυδιού (Πηγή: Campasso Lab)
Ο φακός αποτελείται από μια διαφανή μεμβράνη καλυμμένη με μικροσκοπικές ράβδους από διοξείδιο του τιτανίου, ένα ανακλαστικό υλικό που χρησιμοποιείται στις μπογιές και τα αντηλιακά. Με μήκος μόλις 600 νανόμετρα, οι ράβδοι αυτές λειτουργούν ως «μετα-υλικό», καθοδηγούν δηλαδή τις ακτίνες φωτός και ρυθμίζουν τις αλληλεπιδράσεις τους.
Ο φακός (κάτω) αλληλεπιδρά με το φως και το εστιάζει σε μια μικροσκοπική κηλίδα (πάνω)
Σύμφωνα με τους ερευνητές, ο νέος φακός προσφέρει αντίστοιχες επιδόσεις με κλασικούς φακούς κορυφαίας ποιότητας. Η διαφορά είναι ότι έχει αμελητέο μέγεθος και βάρος και επιπλέον μπορεί να παραχθεί μαζικά με τις τεχνικές λιθογραφίας που χρησιμοποιούνται για την κατασκευή τσιπ.
«Η τεχνολογία αυτή είναι δυνητικά επαναστατική επειδή λειτουργεί σε όλο το ορατό φάσμα. Αυτό σημαίνει ότι μπορεί να αντικαταστήσει φακούς σε συσκευές όλων των ειδών, από τα μικροσκόπια στις φωτογραφικές μηχανές, τις οθόνες και τα κινητά τηλέφωνα» διατείνεται ο Φεντερίκο Καπάσο, καθηγητής Εφαρμοσμένης Φυσικής και Ηλεκτρονικής Μηχανικής και επικεφαλής της ερευνητικής προσπάθειας.
Εξίσου αισιόδοξος εμφανίστηκε ο Μπέρναρντ Κρες της Microsoft, ο οποίος δεν συμμετείχε στη μελέτη: «Ο μετα-φακός της ομάδας του Καπάσο [...] επιτρέπει την ανάπτυξη μιας νέας γενιάς οπτικών [...] όπως αυτά που απαιτούνται σε φορετές οθόνες συστημάτων Επαυξημένης/Εικονικής Πραγματικότητας» εκτιμά στο δελτίο Τύπου του Χάρβαρντ.
Οι σημερινοί καμπύλοι φακοί γυαλίζονται συνήθως με το χέρι, και οποιαδήποτε απόκλιση από την προβλεπόμενη καμπυλότητα ρίχνει κάθετα τις επιδόσεις. Επιπλέον, τα περισσότερα συστήματα απεικόνισης χρησιμοποιούν πολλούς γυάλινους φακούς, με τον ένα τοποθετημένο πάνω στον άλλο, για να μειώσουν τις παραμορφώσεις και να καθαρίσουν την εικόνα -γι' αυτό και οι ισχυροί τηλεφακοί έχουν τόσο μεγάλο μήκος.
Κλειδί η χρήση νανοράβδων από διοξείδιο του τιτανίου
Κλειδί για την ανάπτυξη του φακού ήταν η χρήση νανοράβδων από διοξείδιο του τιτανίου, ενός φθηνού υλικού που προσφέρει υψηλό δείκτη διάθλασης -εκτρέπει δηλαδή έντονα τις ακτίνες φωτός.
«Θέλαμε να σχεδιάσουμε έναν απλό επίπεδο φακό με υψηλό αριθμητικό διάφραγμα, κάτι που σημαίνει ότι μπορεί να εστιάσει το φως σε μια κηλίδα μικρότερη από το μήκος κύματος [του φωτός]» λέει ο Μοχαμαντρέζα Κορασινετζάντ, πρώτος συγγραφέας της δημοσίευσης.
«Όσο πιο σφιχτά εστιάζεις το φως, τόσο μικρότερη μπορεί να είναι η εστιακή κηλίδα, και αυτό δυνητικά αυξάνει την ανάλυση της εικόνας» εξηγεί.
Ιδανικός για τις κάσκες εικονικής πραγματικότητας
Σύμφωνα με τον ίδιο, ο μετα-φακός είναι ιδεώδης για τις μικρές οθόνες σε γυαλιά και κάσκες εικονικής πραγματικότητας. «Κανείς δεν θέλει να φοράει ένα βαρύ κράνος για ώρες» λέει ο Κορασινετζάντ.
«Αυτή η τεχνική μειώνει το βάρος και τον όγκο και συρρικνώνει τους φακούς σε μια μεμβράνη λεπτότερη από μια κόλλα χαρτί. Φανταστείτε τις δυνατότητες για τα φορετά οπτικά, τους εύκαμπτους φακούς επαφής ή τα τηλεσκόπια στο Διάστημα».
