Lenti di liquido

Non ci aspettiamo molto dalla fotocamera di un cellulare. Per prima cosa, solo una manciata di telefoni con fotocamera ha un sistema di lenti in grado di mettere a fuoco automaticamente oggetti a distanze diverse, causando molte istantanee sfocate.

Ma potrebbe esserci una soluzione al problema della messa a fuoco del telefono con fotocamera e che potrebbe trovare utilizzo anche in altri dispositivi. Saman Dharmatilleke, Isabel Rodriguez e colleghi del Istituto di ricerca e ingegneria dei materiali a Singapore hanno proposto di sostituire l'obiettivo di plastica fisso nella maggior parte dei telefoni cellulari con fotocamera con una goccia di liquido, come l'acqua, che potrebbe essere autofocused variando la quantità di pressione applicata alla goccia. L'obiettivo del team non ha parti mobili, il che lo rende robusto e utilizza solo una minima elettricità, quindi non consumerebbe la batteria del telefono cellulare.

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Inoltre, le proprietà ottiche dei liquidi possono essere migliori rispetto al materiale per lenti standard. L'acqua è più trasparente alla luce del vetro o della plastica, afferma Rodriguez. L'acqua non può essere graffiata e, in linea di principio, è priva di difetti.

La tecnologia, apparsa online nel numero del 26 gennaio di Lettere di fisica applicata , si basa sul fatto che una goccia di un liquido con un'elevata tensione superficiale ha una curvatura naturale simile a quella di una lente convenzionale. Quando la goccia è posta in un pozzetto e vi si fa pressione, la curvatura della goccia si altera; più pressione aumenta la curvatura e meno appiattisce la goccia. Al variare della curvatura, cambia anche la lunghezza focale dell'obiettivo, consentendo di catturare un'immagine nitida da varie distanze. Nella maggior parte delle fotocamere, la funzione di messa a fuoco automatica sposta meccanicamente l'obiettivo solido in avanti o indietro per regolare la lunghezza focale. Ma in una fotocamera con obiettivo liquido, la goccia rimane ferma e cambia solo la sua curvatura.

I ricercatori hanno testato gocce di varie dimensioni, da 100 micron a 3 millimetri: tutte hanno risposto alle variazioni di pressione in pochi millisecondi. Ovviamente più grande è l'obiettivo, più luce raccoglie e più luce produce immagini migliori. Ma quando una goccia diventa troppo grande, è più difficile mantenerla stabile. Fino a due millimetri, l'obiettivo rimane perfettamente nell'apertura grazie alla tensione superficiale, afferma Rodriguez. Devi scuoterlo molto forte per farlo uscire. Sospetta che le lenti da uno a due millimetri di diametro siano ideali per la maggior parte dei sistemi di imaging miniaturizzati.

Sebbene questa squadra non sia la prima a utilizzare il liquido per le lenti, è la prima a regolare la lunghezza focale semplicemente applicando una pressione. Nel 2004, Philips ha annunciato a sistema di lenti liquide , utilizzando una tecnica chiamata elettrowetting, che si basa sulla conduttività elettrica intrinseca dei liquidi simili all'acqua. Con questa tecnica, viene applicata una corrente elettrica a una lente liquida, alterando i legami delle molecole del liquido, modificando così la curvatura della goccia. A gennaio l'azienda francese Variottico introdotto un cellulare contenente una lente liquida elettricamente variabile, che utilizza una versione di elettrowetting che, dice Rodriguez, precede il design Philips.

Stein Kuiper, il ricercatore Philips che ha sviluppato la tecnica di elettrobagnatura per le lenti liquide della sua azienda, vede invece dei vantaggi nell'usare la pressione. Le proprietà elettriche del liquido non sono rilevanti, il che consente una gamma più ampia di liquidi e quindi le proprietà ottiche e meccaniche della lente. Inoltre, afferma Kuiper, la tensione richiesta per modificare la pressione all'interno di un sistema di lenti liquide potrebbe essere inferiore a quella richiesta in un sistema che utilizza l'elettrobagnatura. Per questi motivi, dice, Philips ha accumulato diritti di proprietà intellettuale su entrambi i tipi di obiettivi.

Attualmente, Dharmatilleke e il suo team hanno collaborato con un'azienda locale per mettere a punto e produrre il loro sistema di lenti liquide e stanno cercando la commercializzazione della tecnologia. Come osserva Rodriguez, le applicazioni per questi obiettivi si estendono oltre i telefoni con fotocamera, nelle webcam e nei dispositivi medici portatili.

Immagini per gentile concessione di Isabel Rodriguez al Istituto di ricerca e ingegneria dei materiali .

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