Eine weiche Linse mit einem Durchmesser von 12,5 mm kann ihre Fokussierung durch elektrischen Strom verändern – ganz ohne Motor oder bewegliche mechanische Teile.
Der Prototyp basiert auf einer transparenten Silikonlinse, die an einer sehr dünnen und dehnbaren Membran befestigt ist. Diese Membran trägt Elektroden, die einen Teil des Lichts durchlassen. Wird eine elektrische Spannung angelegt, dehnt sie sich in alle Richtungen aus. Die darauf befestigte Linse wird dadurch leicht abgeflacht, was verändert, wie sie das Licht bündelt.
Um den Nutzen der Vorrichtung zu verstehen, genügt ein Blick auf das Objektiv einer Kamera. Für die Fokussierung müssen Linsen normalerweise verschoben werden, um ein scharfes Bild zu erhalten. Hier bewegt sich kein optisches Element vor oder zurück. Stattdessen verändert sich direkt die Form der Linse – durch die Verformung der dahinterliegenden flexiblen Trägermembran.
Die Herausforderung bestand darin, Elektroden herzustellen, die zugleich leitfähig, dehnbar und ausreichend transparent sind. Die Forschenden verwendeten reduziertes Graphenoxid, ein kohlenstoffbasiertes Material, das dem Graphen nahesteht. Sie verteilten es in einer Flüssigkeit und sprühten es anschließend wie eine Tinte auf die Membran. Die entstehenden Schichten bleiben flexibel und leiten den für die Verformung erforderlichen Strom.
Diese Methode erfordert jedoch einen Kompromiss. Eine dichtere Schicht leitet den Strom besser und begünstigt die Dehnung, absorbiert aber mehr Licht. Die Versuche zeigen daher, dass eine höhere Dichte die mechanische Reaktion verbessert, jedoch auf Kosten der Transparenz. Das Team wählte deshalb eine mittlere Materialmenge für den Bau der Demonstrationslinse.
Die Wahl des reduzierten Graphenoxids hängt auch mit den Fertigungsbedingungen zusammen. Hochwertiges Graphen erfordert häufig Hochtemperaturverfahren, die für flexible Kunststoffe schlecht geeignet sind. Das hier verwendete Material kann dagegen als Tinte vorbereitet und anschließend aufgesprüht werden. Dieser Ansatz erleichtert die direkte Herstellung von Elektroden auf einer verformbaren Membran.
Die Forschenden sehen mögliche Anwendungen dieses Prinzips in kompakten optischen Systemen, insbesondere in adaptiven Brillen, kleinen Kameras oder bestimmten medizinischen Geräten. Zuvor wollen sie die Elektroden gleichmäßiger machen, damit mehr Licht hindurchtreten kann. Die derzeitige Transparenz wird nämlich weiterhin durch die unebene Oberfläche der aufgesprühten Schichten begrenzt.