Berkeley Kaliforniya Üniversitesindeki bir biyomühendis takımı, yusufçuk ve ev sinekleri gibi böceklerin gözlerini model alarak suni göz bileşimi yaptılar.
Takımın sorumlu müfettişi, bu gözler ileride, görme ile ilgili alanlarda, görsel veya kimyasal bilgiyi almak için, en iyi balık-gözü kamera merceği ile önceden mümkün olandan bile daha geniş alanlarda, kamera veya duyumsal tespit edici olarak kullanılabilir demiştir.
Gözetim, yüksek hızlı hareket tespit edici, çevresel algılama, endoskopi veya kamera gerektiren imaj güdümlü ameliyatlar gibi tıbbi işlemler ve nakledilmiş ışık dağıtım cihazları tarafından kontrol edilebilen çok sayıda klinik tedaviler potansiyel uygulama alanlarındır.
Suni Göz Çalışmaları
Berkeley Kaliforniya Üniversitesi Biyomühendislik bölümünden seçkin profesör Lee, the Lloyd, bu gözler için, binlerce yan yana paketlenmiş küçük mikromercek dizilerini, ışık demetleri tarafından yaratılmış ışık-ileten kanalları olan kendi kendine yazılan, kendi kendine sıraya dizilen, dalga kılavuzlarına katan, yarıküreye ait ilk üç boyutlu optik sistemlerdir demiştir.
Gözler, ilk kez Bilim dergisinin 28 Nisan sayısında tamamen tanımlanmıştır. Lee, “Her zaman gelişmiş, üç-boyutlu optik bir sistem yaratmayı istemişimdir” demiştir. “Ama klasik mikroimalat teknolojisi iki boyutludur. Bu sebeple, bir biyofizikçi ve biyomühendis olarak öğrendiğim böcek gözlerinin gelişmeye yönelik safhaları hakkında bir imalat sistemi kurmayı düşündüm.”
O ve ekibinin bulduğu düşük maliyetli, kopyalanması kolay, her birinin tepesinde kendi merceği olan binlerce ışık-ileten kanallı, topluiğne başı büyüklüğünde polimer reçine kubbeleri yaratma yöntemidir.
Bu üniteler sadece bir böceğin göz bileşiminde olduğu gibi altıgen bal peteği deseninde bir araya gelmemiş, aynı zamanda göz bileşiminin bireysel duyumsal ünitesi ommatidiuma da boyut, tasarım, şekil ve fonksiyon bakımından dikkat çekecek kadar benzerdir.
İğne yastığındaki iğneler (veya yusufçuğun 30.000 ommatidiuması (küçük gözcük)) gibi, ekibin yapay küçük gözcüklerinin her biri çok az farklı açılarla yerleştirilmiştir. Lee’nin ekibi, yapay gözlerin mercek ve dalga kılavuzlarının, ışığı, böcek gözü ile aynı yöntemle odakladığını ve naklettiğini göstermişlerdir.
Böceğin küçük gözcüklerinin her biri, ışık sinyalini yaratığın optik sinirine ileten ışığa hassas olan alıcı sinir (fotoreseptor) hücresi ile biterken, Lee, ekibinin küçük gözcüklerini dijital fotoğraf makinası ve kameralarda kullanılan yükten bağlaşımlı aygıt (CCD-Charged Coupled Device) fotodiyotları ile birleştirmeyi planlıyor. Lee’nin ayrıca, küçük gözcükleri kimyasal tespit ve analiz için spektroskoplara bağlama planları var.
Lee “Mercekler ve kılavuz dalgaları sistemin en önemli parçalarıdır” demiştir. “İnsanlar küçük gözcükleri açıyla yaratmanın mümkün olmadığını söylemişlerdi, ama bunu yaptık ve şimdi gözlere imajı tutma ve algılamayı katmaya hazırız.”
Klasik imalat teknikleri pahalı olup yüksek sıcaklıklarda yapılırken, Lee ve ekibi doğadan düşük sıcaklıkları kullanan fotopolimerizayson ve kendi kendine hizalanma, kendi kendine yazılma teknolojilerini ödünç almışlardır.
Yapay Göz Yapmak
Suni göz yapabilmek için ekip, ilk olarak binlerce mikro mercekten oluşan bir yapıdaki gözün dış tabaka yarıküresinin kalıbını oluşturmaya ihtiyaç duydu. Var olan teknolojileri kullanarak, bu küçük, bal peteği şeklinde düzenlenmiş kubbe şeklindeki merceklerin düz bir dizilimini yaptılar.
Bunun da ötesinde, polimerde içbükey bir şekil yaratarak polidimetilsiloksan veya PDMS denen elastik polimer katmanına uyguladılar. PDMS zarını vakum odasının başlangıcına tutturarak ve negatif basınç uygulayarak ve farklı basınçlarla formu kontrol ederek, polimeri ihtiyaçları olan kubbe şekline getirdiler.
Sonunda, 8700 çentik izli yarıküre şeklinde yuvarlak bir şekil elde ettiler. Göz bileşen kalıbı, son 10 yılda nanoölçekli yapıları kopyalamak için geliştirilen bir grup yöntemden oluşan yumuşak litografi teknolojisinden yararlanarak tekrar tekrar kullanılabilir.
Yapay göz için seçtikleri malzeme, ultraviyole ışığa maruz kaldığında sertleşmiş hale gelen epoksi reçinesidir. Reçineyi çukurlu kalıplara döktüler, malzemenin sertleşmesine yetecek kadar süre ile düşük sıcaklıklarda fırınladılar ve sonra içerik 8700 yükseltilmiş tümsek ile kaplı yüzeyleri olan küçük reçine yarıkürelerine döndü.
Işık demeti çarptığında, bu tümsekçiklerin her biri ışığı odaklayarak ve malzemenin altına göndererek bir mercek gibi çalışır. Kaynakçının metalde delik açan alev makinası gibi, zamanla ışık demetleri de reçinede, kendi kendine yazılan kılavuz dalgaları denen küçük kanallar yaratarak, delikler açar.
Bu kanallar ışık demetlerinin çarptığı açıda oluşturulduğundan, Lee, kendi ışık kaynağını, göz kubbesinde yakınsayan ışınları konuşulan şeklinde eğmek için yoğunlaştırıcı mercek kullanmıştır.
Sonuç
Nihai sonuçlara göre, kılavuz dalgaları reçineye, böcek gözündeki küçük gözlerin bir noktada yakınsaması gibi kubbenin merkezine doğru giden belli bir açı ile nüfuz eder.
Lee “Mikromercekler kılavuz dalgalarını yarattığı için, her mikromercek kendi kılavuz dalgasına göre sıraya dizilmiştir. Kendi kendine hizalanma, kendi kendine yazma işlemleri yapay göz bileşiminin yaratılması için çok önemlidir” demiştir. “Çünkü bu işlemler aynı zamanda mikromercekleri ve kılavuz dalgalarını yükten bağlaşımlı aygıtların (CCD lerin) ve spektroskopların pikselleri ile hizalayacaktır.
Lee “Kimbilir! Belkide böcek gözleri de böyle yaratılmıştır” demiştir. “İlk olarak, iki mercek var ve sonra ışık içeri girdikçe, kendi optik yollarını yaparlar ve görsel sisteme bağlarlar.”
Lee yapay göz bileşiminin bir kaç sene içinde kullanıma gireceğini düşünüyor. İlk uygulamaları son derece ince kameralı telefonlar üzerinde olabilir. Bundan sonrasında, çok yönlü imaj gözetimi ve bunun gibi amaçlar için küçük, saklanabilir, giyilebilir kameralarda kullanıldığını görmeyi umuyor.
Bu proje üzerinde çalışan diğer iki araştırmacı ise çalışma sırasında Lee’nin laboratuvarında doktora öğrencisi olan, şimdi ise Berkeley Kaliforniya Üniversitesinde Berkeley Algılayıcı ve Harekete Geçirici Merkezinde doktora sonrası araştırmacısı olan Ki-Hun Jeong ve Jaeyoun Kim. Jeong’dir.
Kaynak: UC Berkeley
