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(jì)，部分生物已經(jīng)能夠通過(guò)簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)的復(fù)眼洞察周?chē)�環(huán)境。隨著生物的進(jìn)化，節(jié)肢動(dòng)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(guò)極大視場(chǎng)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(shì)及特點(diǎn)，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(jiǎn)單仿制，復(fù)眼的三維立體結(jié)構(gòu)也無(wú)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(biāo)本與仿生復(fù)眼

2021年11月9日，我校未來(lái)光學(xué)團(tuán)隊(duì)莊松林院士、長(zhǎng)江學(xué)者張大偉教授帶領(lǐng)的超精密光學(xué)制造團(tuán)隊(duì)與美國(guó)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(guó)戴頓大學(xué)趙乘龍教授為第一作者，張大偉教授和美國(guó)杜克大學(xué)Tony Jun Huang教授為通訊作者。

△仿生復(fù)眼設(shè)計(jì)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(dá)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?chē)�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(chǎng)角全景成像，以及空間三維中光斑精準(zhǔn)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(jìn)一步研究節(jié)肢動(dòng)物復(fù)眼的工作機(jī)理，并能從昆蟲(chóng)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(jī)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