Los científicos han desarrollado con éxito lentes de contacto capaces de mostrar imágenes en 3D utilizando nanoestructuras especializadas incrustadas en ellas, conocidas como metasuperficies.
Los metamateriales, en general, son materiales diseñados con propiedades que no se encuentran en la naturaleza. Como sugiere su nombre, una metasuperficie es un tipo de metamaterial que simplemente se aplica a una superficie. Estas estructuras suelen ser más pequeñas que las longitudes de onda de la luz, lo que les permite manipular ondas electromagnéticas, como la luz y el sonido, de una manera única.
«[Metasurfaces] Manipular la luz […] “Con gran precisión”, explicó ciencia avanzada estudiar El autor, Junseok Ro, es de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Pohang en Corea del Sur.
¿Por qué superficies metamórficas?
Las superficies metamórficas han sido útiles en campos como la biomedicina, el reconocimiento de voz y la recolección de energía, pero integrarlas en lentes de contacto para realidad virtual y aumentada sigue siendo difícil. Sin embargo, su potencial para ir más allá de las tecnologías existentes de manera importante lo hace atractivo.
“Estas lentes de realidad aumentada [would] «Esta tecnología ofrece varias ventajas importantes sobre las tecnologías existentes», explicó Rowe. «Por lo general, existen rejillas, prismas o espejos para transmitir una imagen virtual desde una fuente de visualización ubicada cerca de la sien a la retina. La escena real debe estar libre de efectos de difracción no deseados. Dada la complejidad de estos requisitos de diseño, el sistema óptico es voluminoso.
«Debido a que las lentes se usan directamente sobre el ojo, mantienen un campo de visión natural, proporcionando un nivel de inmersión incomparable sin las limitaciones impuestas por dispositivos externos, como auriculares o gafas».
Más allá del entretenimiento y los juegos, existen aplicaciones ilimitadas, que van desde monitoreo ambiental, identificación, diagnóstico, navegación en tiempo real y suministro de direcciones e información contextual directamente en el campo de visión del usuario.
«En entornos como el de la atención sanitaria, las lentes pueden ayudar a los profesionales médicos al mostrar información vital durante los procedimientos. Además, las lentes pueden servir para el control de la salud personal, mostrando datos vitales en tiempo real», dijo Rowe.
Pero antes de que se pueda lograr cualquiera de estos objetivos, se deben superar las barreras inherentes a la producción de superficies metamórficas. «En primer lugar, garantizar la biocompatibilidad de los materiales es crucial, ya que las lentes de contacto interactúan directamente con el ojo», dice Rowe. “Se utilizan métodos tradicionales de transferencia de nanoestructuras [for their production] Estos dispositivos a menudo no tienen en cuenta la biocompatibilidad a largo plazo, lo que genera preocupaciones sobre la seguridad durante el uso prolongado.
«En segundo lugar, mantener la estabilidad estructural es difícil debido a la naturaleza flexible e higroscópica de las lentes de contacto, lo que puede provocar deformación o daño de las nanoestructuras. Finalmente, lograr una transferencia precisa de patrones en un sustrato flexible como las lentes de contacto es un desafío técnico».
Producción de superficies transformadoras para comunicaciones.
Estos obstáculos sirvieron como única motivación para Rowe, que ha estado trabajando en este campo desde 2008. «Vi una noticia sobre una ‘capa de invisibilidad’ hecha con metamateriales», dijo. A partir de ahí, su investigación se amplió para incluir pantallas del mundo real.
A él y a su equipo les apasionaba superar los desafíos de incorporar materiales superiores en lentes de contacto mediante el desarrollo de un nuevo método de producción. Su enfoque se basa en el ácido hialurónico, una molécula que se encuentra naturalmente en todo el cuerpo, especialmente en los ojos, las articulaciones y la piel.
«Lo utilizamos como una plantilla suave que permite una transferencia suave de nanoestructuras complejas a la superficie de la lente sin comprometer la integridad estructural de la superficie metálica», explicó Rowe. «Desempeña un papel fundamental tanto en la biocompatibilidad como en la función de las lentes de contacto».
Las superficies metálicas normalmente se crean utilizando técnicas de fabricación avanzadas, como la fotolitografía o la exposición a haces de electrones. Estos métodos implican recubrir la superficie con un material fotosensible, exponerla a la luz o a electrones a través de una máscara y desarrollar el patrón.
A continuación, se depositan materiales adicionales deseados, como semiconductores para electrónica, sobre el sustrato modelado y se modelan para formar nanoestructuras finales que son lo suficientemente pequeñas como para alterar o dar forma a la radiación electromagnética. Una vez que se completa la superficie transformada, se transfiere del sustrato temporal al material final, como una lente de contacto.
En el estudio actual, el proceso de fabricación del equipo implicó depositar oro sobre un material flexible similar al caucho llamado acrilato de poliuretano, que sirve como plantilla inicial para la superficie fabricada. Luego, la capa de oro con patrón 3D se transfiere desde este molde inicial a una segunda capa de ácido hialurónico hidrolizado (para la transferencia final a la lente de contacto), que luego se protege con una capa de cobertura de silicona.
«dióxido de silicio»2 «La capa protectora, intercalada entre el material de las lentes de contacto y los patrones dorados, evita el contacto directo con el ojo, reduciendo así cualquier riesgo potencial de efectos adversos», escribió el equipo en su artículo.
La capa de silicona también actúa como una guía de ondas que dirige las ondas electromagnéticas de un punto a otro, no sólo mejorando la estabilidad de la lente sino también el rendimiento general.
Los hologramas estáticos son sólo el comienzo…
Ahora viene la parte divertida: crear imágenes 3D utilizando las superficies 3D integradas en las nuevas lentes. Cuando la luz incide en la superficie holográfica (podría provenir de una fuente de luz controlada desde un dispositivo portátil o incluso de la luz solar), cada pequeño componente cuidadosamente diseñado cambia la intensidad, el ángulo y la dirección de la luz para crear el holograma que se puede ver, explicó Rowe.
En esta versión de la tecnología, las imágenes son estáticas, pero el equipo tiene planes de desarrollarlas aún más. Algún día será posible crear vídeos dinámicos en 3D incluyendo una superficie diseñada para actuar como difusor y fuente de luz como micro-LED en lentes de contacto, dijo Rowe.
Antes de todo esto, es necesario evaluar exhaustivamente la seguridad y desarrollar más la tecnología. «Los próximos pasos incluyen pruebas exhaustivas en vivo para evaluar la seguridad y el rendimiento a largo plazo de las lentes en condiciones del mundo real», dijo Rowe.
«Además, planeamos mejorar el proceso de fabricación para garantizar la escalabilidad y la rentabilidad para la producción comercial», añadió. |Las aprobaciones regulatorias también serán un paso crucial, ya que necesitaremos demostrar el cumplimiento de los estándares de seguridad para dispositivos médicos”.
Referencia: Jun Ho Jung, Inkyo Park, Junsuk Ro, et al.Lentes de contacto integradas en la metasuperficie para proyección de luz holográficaCiencia Avanzada (2024). DOI: 10.1002/advs.202407045
Crédito de la imagen principal: James Yarim en Unsplash
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