仿生软镜片可像人眼一样自动调焦 推动光驱动材料及下一代可穿戴技术发展

科技日报记者 张梦然

美国佐治亚理工学院研究人员开发出一种仿生软镜片，能够像人眼一样根据环境光照强度自动调节焦距。这一成果展示了光驱动软体材料在构建自适应视觉系统、自主运行的软体机器人、智能医疗设备及下一代可穿戴技术方面的广阔前景。相关研究结果发表在新一期《科学·机器人》杂志上。

这种名为光响应水凝胶软透镜（PHySL）的装置，由嵌入吸光氧化石墨烯的水凝胶构成，中心设有微型透镜。当光线照射时，氧化石墨烯吸收光能产生热量，导致水凝胶收缩，从而拉伸中央透镜，使其曲率改变，实现瞳孔扩大和焦距延长；当光照减弱时，凝胶冷却并恢复原状，透镜也随之回缩至初始形态，整个过程无需外部电源或机械驱动装置。

该设计克服了传统仿生光学系统依赖电子元件或刚性电机的局限，实现了真正意义上的自主调节。研究人员将PHySL集成到常规明场显微镜中，对多种生物样本进行了高分辨率成像，清晰捕捉到蚂蚁腿部的细毛、花粉颗粒表面的裂片结构、蜱虫腿上的爪状结构以及真菌样本中单根纤维间的微小间隙。所获得的图像质量与使用标准显微物镜拍摄的结果相当。

实验还表明，PHySL可在自然光照条件下自动调整焦点，适用于多层样品的动态成像。当被整合进光纤成像系统时，该透镜能在照明变化的情况下持续保持对目标的清晰聚焦。

这一创新正是近年来快速发展的光驱动软体材料领域的最新成果。这类材料能将光能直接转化为机械形变，其中水凝胶、液晶弹性体和碳基复合材料是研究热点，可用于构建微型机器人和人工肌肉。而氧化石墨烯因其宽光谱吸收能力和高效的光热转换性能，常被作为“光热引擎”嵌入聚合物或水凝胶中，实现远程、非接触式的精准驱动。PHySL正是巧妙结合了氧化石墨烯的光热效应与水凝胶的热响应特性，构建出一种能自主感知并响应环境光的智能光学系统。