ジョージア工科大、光駆動ソフトレンズで人間の視覚を模倣－ロボティクス応用へ

ジョージア工科大学の生体医工学研究チームが、人間の目のように再焦点調整と光条件適応が可能な、生体模倣型・光駆動ソフトレンズを開発しました。研究成果は『Science Robotics』に掲載され、ソフトロボティクス、生体医用イメージング、自律ビジョンシステムへの新たな可能性を開きます。

人間の目から着想

ウォレス・H・コールター生体医工学部博士課程のコーリー・ジェン氏（筆頭著者）は、光活性化人工筋肉で焦点距離を制御するレンズシステムを開発。光照射で筋肉が収縮・伸展しレンズを変形させ、電子部品やバッテリーなしで精密な光学調整を実現しました。

「人間の目は多くの面で優れています。コンパクトで、近くも遠くも焦点合わせ可能、瞳孔で光から保護され、驚異的な解像度を持ちます」とジェン氏。

光応答性ハイドロゲルソフトレンズ（PHySL）

PHySLは全体が柔らかく生体安全な材料で構成され、剛性光学系が非現実的な用途（ソフトロボット、組織と安全に接触する医療デバイス）に最適です。核心は、コンタクトレンズ等に使われる吸水性ポリマーである温度応答性ハイドロゲルにグラフェンを混入したもの。グラフェンが光を熱に変換し、形状変化を引き起こして人工筋肉として機能します。この特性により、バッテリーや配線なしで遠隔制御可能です。

実験成果

異なる照明パターンで焦点距離、動作、特定収差を制御可能であることを実証。単一細胞から部屋全体まで高品質撮影に成功し、焦点シフト範囲と解像度で人間の目と同等の性能を示しました。

また、ソフトレンズと液体ベース撮像回路（光活性化バルブで流体流を制御、従来の電子フォトディテクターに代替）を組み合わせた、電子回路不要のプロトタイプカメラも提示。化学駆動・受動型ソフトシステムでの利用が可能で、生体模倣ロボットの自律性向上に貢献します。

研究は生体医工学部シュ・ジャ教授（上席著者）との共同で実施されました。

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