微流體輔助3D打印技術(shù)制造仿生復(fù)眼！上理工科研成果登上《自然》子刊

供稿人：上海理工大學(xué)光電學(xué)院

距今五億年前的寒武紀，部分生物已經(jīng)能夠通過簡單結(jié)構(gòu)的復(fù)眼洞察周圍環(huán)境。隨著生物的進化，節(jié)肢動物的復(fù)眼結(jié)構(gòu)得以不斷完善。自然界中生物復(fù)眼擁有寬廣的視野，以及深度感知的能力，可以通過極大視場角、極小像差，以全景模式觀察周邊的事物。由于復(fù)眼的顯著優(yōu)勢及特點，科研工作者們紛紛提出了多種仿生復(fù)眼的方案。然而，復(fù)眼的生理結(jié)構(gòu)復(fù)雜，難以被簡單仿制，復(fù)眼的三維立體結(jié)構(gòu)也無法直接匹配傳統(tǒng)二維圖像傳感器，應(yīng)用上也存在極大的難度。

△大黃蜂標本與仿生復(fù)眼

2021年11月9日，我校未來光學(xué)團隊莊松林院士、長江學(xué)者張大偉教授帶領(lǐng)的超精密光學(xué)制造團隊與美國杜克大學(xué)、戴頓大學(xué)合作，創(chuàng)新提出了“微流體輔助3D打印仿生復(fù)眼技術(shù)”，聯(lián)合攻克了復(fù)眼制造及應(yīng)用的難題，相關(guān)論文“基于微流體輔助3D打印技術(shù)制造仿生復(fù)眼（Biomimetic apposition compound eye fabricated using microfluidic-assisted 3D printing）在《自然》（NATURE）子刊《自然通訊》（NATURE COMMUNICATIONS）上發(fā)表。上海理工大學(xué)戴博教授、碩士研究生張良同學(xué)和美國戴頓大學(xué)趙乘龍教授為第一作者，張大偉教授和美國杜克大學(xué)Tony Jun Huang教授為通訊作者。

△仿生復(fù)眼設(shè)計圖

科研人員提出了一種創(chuàng)新的制造工藝制作仿生復(fù)眼，先利用面投影微立體光刻3D打印技術(shù)制備復(fù)眼的基底，再結(jié)合微流體操控技術(shù)在復(fù)眼上表面及內(nèi)部制作出了高密度的子眼及導(dǎo)光束。僅5毫米直徑半球狀的仿生復(fù)眼擁有多達12,000多顆子眼，其結(jié)構(gòu)與自然界的復(fù)眼高度相似，具有角膜(cornea lens)、晶錐(crystalline cone)、感桿束 (rhabdome)等核心元素。仿生復(fù)眼能將其前部及周圍三維空間中的彩色影像直接投影至底部二維平面，適用于任意商用的二維圖像傳感器。研究中演示了170度超大視場角全景成像，以及空間三維中光斑精準定位。

△仿生復(fù)眼的光學(xué)性能圖

所研制的仿生復(fù)眼可以幫助科學(xué)家進一步研究節(jié)肢動物復(fù)眼的工作機理，并能從昆蟲視角看世界。不僅如此，仿生復(fù)眼應(yīng)用潛力巨大，有望被用于微型機器人、內(nèi)窺鏡3D成像等領(lǐng)域。

△相關(guān)原理圖

論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-021-26606-z