Une lentille souple inspirée de l’œil humain adapte la vision robotique à la lumière

Des ingénieurs biomédicaux de l’Institut de technologie de Géorgie ont mis au point une lentille souple photoréactive qui reproduit la capacité de l’œil humain à ajuster sa mise au point et à s’adapter aux variations lumineuses. L’innovation repose sur des muscles artificiels activés par la lumière, permettant des ajustements optiques précis sans recours à l’électronique. Les applications potentielles s’étendent de la robotique souple à l’imagerie biomédicale, en passant par les systèmes de vision autonome.

Un système inspiré de la physiologie oculaire

Corey Zheng, doctorant au département d’ingénierie biomédicale Wallace H. Coulter et auteur principal de l’étude, s’est inspiré de la réponse naturelle de l’œil humain face à la lumière. « L’œil humain est réellement puissant à bien des égards », précise-t-il. « Il est compact, vous pouvez modifier la mise au point pour observer des objets proches ou lointains, et il se protège de la lumière grâce à vos pupilles. Par-dessus tout, il offre une résolution remarquable. »

La lentille photoréactive en hydrogel souple (PHySL, pour photoresponsive hydrogel soft lens) se compose exclusivement de matériaux souples et biocompatibles, adaptés aux environnements où l’optique rigide traditionnelle s’avère inadéquate. Le cœur du dispositif repose sur un hydrogel thermosensible ( un polymère absorbant l’eau couramment utilisé dans les lentilles de contact ) enrichi en graphène. Sous l’effet de la lumière, le graphène convertit l’énergie lumineuse en chaleur, déclenchant des changements de forme qui agissent comme des muscles artificiels. Ce mécanisme permet un contrôle à distance sans batterie ni connexion filaire.

Des performances comparables à l’œil humain

Les tests en laboratoire ont révélé qu’en modulant les motifs d’illumination, les chercheurs pouvaient contrôler la longueur focale de la lentille, son mouvement et même induire des aberrations optiques spécifiques. Le système a capturé des images de haute qualité allant de cellules isolées à des espaces entiers. Selon les résultats publiés, les performances en matière de plage de déplacement focal et de résolution se révèlent comparables à celles de l’œil humain.

L’équipe a également développé un prototype de caméra sans composants électroniques, associant la lentille souple à un circuit d’imagerie liquide. Le dispositif utilise des valves activées par la lumière pour contrôler les flux de fluides, remplaçant les photodétecteurs électroniques conventionnels. Pour les robots biomimétiques ou les systèmes passifs fonctionnant chimiquement, cette approche offre une autonomie accrue et une plus grande flexibilité d’intégration.

Implications pour la robotique et la médecine

Les matériaux biocompatibles employés dans le PHySL ouvrent des perspectives prometteuses pour les applications médicales nécessitant une interaction sûre avec les tissus biologiques. Les robots souples équipés de tels systèmes optiques pourraient naviguer dans des environnements complexes avec une vision adaptative, sans risque lié à des composants rigides. L’imagerie biomédicale pourrait également bénéficier de ces lentilles adaptatives miniaturisées, capables de s’ajuster dynamiquement aux conditions d’observation.

Si les défis de miniaturisation et d’intégration dans des systèmes complexes demeurent, le principe démontré pourrait transformer la conception des futurs dispositifs optiques intelligents, rapprochant les capacités artificielles des performances biologiques.

La recherche a été menée en collaboration avec le professeur Shu Jia, coauteur senior de l’étude et membre du département d’ingénierie biomédicale. Le projet a bénéficié du soutien financier de la National Science Foundation, des National Institutes of Health et du fonds de démarrage du Georgia Institute of Technology. Une demande de brevet provisoire a été déposée par l’institution, avec Shu Jia et Corey Zheng comme co-inventeurs.

Article : « Bioinspired photoresponsive soft robotic lens ». DOI:10.1126/scirobotics.adw8905.

Source : Caltech