211service.com
Een oogbolcamera, nu met zoom
Het snelgroeiende veld van rekbare elektronica belooft de manier waarop we over gadgets denken te veranderen. Siliciumchips, ooit beperkt tot platte, stijve vormen, zullen uit de vlakke mal breken. Een experimenteel voorbeeld is een camera, gemodelleerd naar een oogbol, met een gebogen reeks lichtsensoren.
Oog van de toeschouwer: In deze experimentele camera zit een rekbare sensorarray onder een vloeistoflens. Water wordt in beide componenten gepompt om de vergroting van het door de camera vastgelegde beeld te wijzigen.
Nu geeft een nieuw ontwerp deze gebogen camera een boost: de vorm van de lens en van de sensor kunnen synchroon worden veranderd, wat een 3,5x zoom oplevert. Dit biedt een belangrijk stukje ontbrekende functionaliteit voor het oorspronkelijke cameraconcept, zegt John Rogers , hoogleraar materiaalkunde en techniek aan de Universiteit van Illinois, Urbana-Champaign. Rogers leidde de ontwikkeling van het apparaat. Het resultaat is een compleet camerasysteem, met afstembare lens en afstembare detector, in staat om foto's te maken, zegt hij. Rogers en zijn co-auteurs publiceerden maandag details van het werk in de Proceedings van de National Academy of Sciences .
Een camera met gebogen sensoren - analoog aan het gebogen netvlies van het oog - heeft bepaalde voordelen ten opzichte van een camera met een platte sensor. Het gezichtsveld is breder en over het algemeen kan het apparaat eenvoudiger en compacter zijn. Mogelijke toepassingen zijn camera's voor bewaking, telefoons, endoscopische beeldvorming of zelfs kleine videocamera's ingebed in voetbalhelmen, zegt Yonggang Huang , co-auteur en hoogleraar techniek aan de Northwestern University.
De camera is ongeveer zo breed als een nikkel en heeft twee hoofdonderdelen, een lens en een sensorarray. De lens bestaat uit een dun membraan gespannen over een transparant glazen venster. De vorm van de lens, die overeenkomt met de brandpuntsafstand van de camera, verandert wanneer de ruimte tussen het glas en het membraan wordt gevuld met water.
Om ervoor te zorgen dat de camera kwaliteitsbeelden produceert, moet de sensorarray zich aanpassen aan de lens. Daarom bestaat de detector uit een reeks van 16 bij 16 ultradunne siliciumdiodes, verbonden door dunne draden. De array, oorspronkelijk vervaardigd op een vlakke ondergrond, zit bovenop een rekbare plaat en is gehecht aan een plaat met een cirkelvormige opening. Wanneer water uit een kamer onder de plaat wordt gepompt, waardoor onderdruk ontstaat, worden de rekbare sensoren naar beneden getrokken, waardoor een concave vorm ontstaat. Door de waterdruk in de lens en onder de sensoren te moduleren, is het mogelijk om een verscheidenheid aan vergrotingen te produceren.
Gegevens die door de sensorarray worden verzameld, worden overgebracht naar een computer, waar het wordt gebruikt om een afbeelding te maken. De camera heeft een relatief klein aantal pixels, dus het systeem gebruikt rekentrucs om de resolutie te verhogen. Door meerdere foto's te maken vanuit iets verschillende posities en speciale beeldalgoritmen te gebruiken, konden de onderzoekers een 100-voudige verhoging van de resolutie bereiken. Dezelfde basistechniek werd gebruikt om beschadigde pixels te compenseren.
Na jaren van theoretisch modellering en prima - afstemmen de productie en overdracht werkwijze , Rogers en zijn collega's hebben effectieve manieren gevonden om silicium uit te rekken in verschillende vormen voor verschillende toepassingen. De aanpak omvat het verbinden van ultradunne eilanden van silicium met behulp van nauwkeurig gevormde draden op een aanpasbaar oppervlak. Wanneer een oppervlak wordt uitgerekt, worden de siliciumeilanden gespaard omdat ze door de draden kunnen scheiden en omdat ze zelf zo dun zijn.
Organische en gedrukte materialen kunnen ook worden gebruikt om rekbare elektronica te maken, maar kunnen qua snelheid niet tippen aan silicium. Toepassingen voor rekbare siliciumcircuits variëren van elektrische sensoren die bovenop de hersenen zitten tot draagbare zonnecellen. De opstart van Rogers MC 10 heeft onlangs een samenwerking aangekondigd met Reebok om rekbare elektronica te integreren in sportkleding om de prestaties van een persoon tijdens training of revalidatie te volgen.
Het nieuwe camera-ontwerp is een fantastische demonstratie van de technologische gereedschapskist die John Rogers en Yonggang Huang in de loop der jaren hebben ontwikkeld, zegt Heiko Jacobs , hoogleraar elektrische en computertechniek aan de Universiteit van Minnesota. Rogers en Huang zijn in staat om hoogwaardige apparaten te integreren op rekbare en gebogen substraten met behoud van elektrische activiteit, zegt hij. Het zal het uiterlijk drastisch veranderen van apparaten en systemen die nieuwe vormen en vormen kunnen aannemen die een paar jaar geleden onmogelijk te bouwen waren.
De zoombare eyeball-camera staat echter nog in de kinderschoenen. De gebruikte hydraulica is misschien niet de meest praktische voor commercialisering, zegt Huang. In de toekomst, zegt hij, kan dit mechanisme worden vervangen door micro-actuatoren of andere besturingsstrategieën.
Huang voegt eraan toe dat toekomstige versies kleiner zullen zijn en meer pixels zullen hebben dan de huidige. Ze kunnen zelfs een systeem met meerdere lenzen gebruiken dat lijkt op het oog van een insect. En voor commercialisering zullen de onderzoekers moeten aantonen dat de aanpak kan worden geschaald naar megapixel-compatibele fotodetectorarrays. We denken dat het mogelijk is, zegt Huang, met een aantal substantiële technische werkzaamheden.