歷經(jīng)5億年的演化，節(jié)肢動物的復眼已經(jīng)進化成了一套結(jié)構(gòu)復雜、功能*的成像系統(tǒng)，節(jié)肢動物可以通過復眼，以極大視場角的全景模式，結(jié)合深度感知的能力洞察周邊的事物。由于復眼在成像方面的諸多優(yōu)勢，研究人員不斷提出各種制備仿生復眼的方案，但是，自然復眼的結(jié)構(gòu)過于復雜，傳統(tǒng)微加工工藝無法實現(xiàn)自然復眼的真實結(jié)構(gòu)，過去所研制的仿生復眼無法適用于普通光學元件及圖像傳感器，這使得仿生復眼的應用受到了極大的限制。
近日，上海理工大學長江學者張大偉教授帶領(lǐng)的超精密光學制造團隊在莊松林院士的領(lǐng)導下，戴博教授及同事、張良等碩士研究生與美國杜克大學Tony Jun Huang教授課題組、戴頓大學趙乘龍教授課題組、南加州大學John Mai研究員合作，提出了一種基于微流體輔助3D打印的微結(jié)構(gòu)加工技術(shù)，并將該技術(shù)用于制備仿生復眼。
圖一左圖：螞蟻的復眼，右圖：基于微流體輔助3D打印技術(shù)制備的仿生復眼
仿生復眼的具體加工工藝如下：利用面投影微立體光刻3D打印技術(shù)（nanoArch S130,P140，摩方精密）制備出超高精度的復眼模具及基底。模具為一個半球形凹坑，在坑內(nèi)密布了圓柱陣列；基底為一個半球體，內(nèi)部含有與圓柱陣列等量的微管道。然后，對模具進一步處理，在凹坑內(nèi)填上光敏樹脂，利用勻膠機作甩膠處理。當適度控制勻膠機轉(zhuǎn)速時，凹坑中的膠會被*甩出，而圓柱陣列中會殘留部分光敏膠。靜止一段時間后，圓柱陣列中的膠由于受到毛細力的作用，液面會下凹。經(jīng)UV固化后，復眼模具便完成了。最后，將半球體基底倒扣在凹坑中，注滿彈性樹脂，經(jīng)熱固化后，取出半球體，便能獲得一顆仿生復眼。
在此工作中，研究人員實現(xiàn)了高度仿生的復眼，5毫米直徑半球狀的仿生復眼擁有多達12,000多顆子眼。結(jié)構(gòu)與自然復眼高度相似，具有角膜(cornea lens)、晶錐(crystalline cone)、感桿束 (rhabdome)等核心元素。除了結(jié)構(gòu)，所制得的仿生復眼在功能上也能與自然復眼媲美。研究人員將仿生復眼結(jié)合傳統(tǒng)二維圖像傳感器，即可實現(xiàn)超大視場全景、全彩成像，還演示了在三維空間內(nèi)對光源精準定位。
圖二仿生復眼的制備流程圖
圖三利用仿生復眼觀察發(fā)紅光的X標記以及跟蹤發(fā)藍光的三角標記
該成果以“Biomimetic apposition compound eye fabricated using microfluidic-assisted 3D printing"為題發(fā)表在Nature子刊Nature Communications上。
文章鏈接：
https://www.nature。。ｃｏｍ/articles/s41467-021-26606-z
NatureCommunications volume 12, Articlenumber: 6458 (2021)
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