Νευροεπιστήμονες και επιστήμονες υλικών δημιούργησαν φακούς επαφής που επιτρέπουν την υπέρυθρη όραση τόσο σε ανθρώπους όσο και σε ποντίκια, μετατρέποντας το υπέρυθρο φως σε ορατό φως. Σε αντίθεση με τα γυαλιά νυχτερινής όρασης υπέρυθρης ακτινοβολίας, οι φακοί επαφής, που περιγράφονται στο περιοδικό Cell, δεν απαιτούν πηγή ενέργειας – και επιτρέπουν στον χρήστη να αντιλαμβάνεται πολλαπλά υπέρυθρα μήκη κύματος. Επειδή είναι διαφανείς, οι χρήστες μπορούν να βλέπουν ταυτόχρονα τόσο το υπέρυθρο όσο και το ορατό φως, αν και η υπέρυθρη όραση ενισχύθηκε όταν οι συμμετέχοντες είχαν τα μάτια τους κλειστά.
«Η έρευνά μας ανοίγει τις δυνατότητες για μη επεμβατικές φορητές συσκευές που θα δίνουν στους ανθρώπους σούπερ όραση», λέει ο επικεφαλής συγγραφέας Tian Xue, νευροεπιστήμονας στο Πανεπιστήμιο Επιστήμης και Τεχνολογίας της Κίνας. “Υπάρχουν πολλές πιθανές εφαρμογές αμέσως για αυτό το υλικό. Για παράδειγμα, το τρεμάμενο υπέρυθρο φως θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για τη μετάδοση πληροφοριών σε περιβάλλοντα ασφαλείας, διάσωσης, κρυπτογράφησης ή καταπολέμησης της παραχάραξης”.
Η τεχνολογία των φακών επαφής χρησιμοποιεί νανοσωματίδια που απορροφούν υπέρυθρο φως και το μετατρέπουν σε μήκη κύματος που είναι ορατά στα μάτια των θηλαστικών (π.χ. ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία στην περιοχή 400-700 nm). Τα νανοσωματίδια επιτρέπουν συγκεκριμένα την ανίχνευση του «εγγύς υπέρυθρου φωτός», το οποίο είναι υπέρυθρο φως στην περιοχή 800-1600 nm, ακριβώς πέρα από αυτό που οι άνθρωποι μπορούν ήδη να δουν.
Η ομάδα έδειξε προηγουμένως ότι αυτά τα νανοσωματίδια επιτρέπουν την υπέρυθρη όραση σε ποντίκια όταν εγχέονται στον αμφιβληστροειδή, αλλά ήθελαν να σχεδιάσουν μια λιγότερο επεμβατική επιλογή.
Για να δημιουργήσουν τους φακούς επαφής, η ομάδα συνδύασε τα νανοσωματίδια με εύκαμπτα, μη τοξικά πολυμερή που χρησιμοποιούνται στους συνήθεις μαλακούς φακούς επαφής. Αφού έδειξαν ότι οι φακοί επαφής ήταν μη τοξικοί, δοκίμασαν τη λειτουργία τους τόσο σε ανθρώπους όσο και σε ποντίκια.
Διαπίστωσαν ότι τα ποντίκια που φορούσαν φακούς επαφής εμφάνισαν συμπεριφορές που υποδηλώνουν ότι μπορούσαν να δουν υπέρυθρα μήκη κύματος. Για παράδειγμα, όταν δόθηκε στα ποντίκια η δυνατότητα επιλογής μεταξύ ενός σκοτεινού κουτιού και ενός υπέρυθρα φωτιζόμενου κουτιού, τα ποντίκια που φορούσαν φακούς επαφής επέλεξαν το σκοτεινό κουτί, ενώ τα ποντίκια χωρίς φακούς επαφής δεν έδειξαν καμία προτίμηση.
Τα ποντίκια έδειξαν επίσης φυσιολογικά σήματα υπέρυθρης όρασης: οι κόρες των ποντικιών που φορούσαν επαφή συστέλλονταν παρουσία υπέρυθρου φωτός και η απεικόνιση του εγκεφάλου αποκάλυψε ότι το υπέρυθρο φως προκαλούσε το άναμμα των κέντρων οπτικής επεξεργασίας τους.
Στους ανθρώπους, οι φακοί επαφής υπέρυθρης ακτινοβολίας επέτρεψαν στους συμμετέχοντες να ανιχνεύουν με ακρίβεια σήματα που έμοιαζαν με κώδικα Μορς και να αντιλαμβάνονται την κατεύθυνση του εισερχόμενου υπέρυθρου φωτός.
«Είναι εντελώς ξεκάθαρο: χωρίς τους φακούς επαφής, το υποκείμενο δεν μπορεί να δει τίποτα, αλλά όταν τους φορέσει, μπορεί να δει ξεκάθαρα το τρεμόπαιγμα του υπέρυθρου φωτός», δήλωσε ο Xue.
«Διαπιστώσαμε επίσης ότι όταν το υποκείμενο κλείνει τα μάτια του, είναι ακόμη καλύτερα σε θέση να λάβει αυτές τις τρεμοπαίγνουσες πληροφορίες, επειδή το εγγύς υπέρυθρο φως διαπερνά το βλέφαρο πιο αποτελεσματικά από το ορατό φως, οπότε υπάρχουν λιγότερες παρεμβολές από το ορατό φως».
Μια πρόσθετη προσαρμογή στους φακούς επαφής επιτρέπει στους χρήστες να διακρίνουν μεταξύ διαφορετικών φασμάτων υπέρυθρου φωτός με τη μηχανική των νανοσωματιδίων να κωδικοποιούν χρωματικά διαφορετικά υπέρυθρα μήκη κύματος. Για παράδειγμα, τα υπέρυθρα μήκη κύματος 980 nm μετατρέπονται σε μπλε φως, τα μήκη κύματος 808 nm μετατρέπονται σε πράσινο φως και τα μήκη κύματος 1.532 nm μετατρέπονται σε κόκκινο φως.
Εκτός του ότι επιτρέπουν στους χρήστες να αντιλαμβάνονται περισσότερες λεπτομέρειες στο υπέρυθρο φάσμα, αυτά τα νανοσωματίδια με χρωματική κωδικοποίηση θα μπορούσαν να τροποποιηθούν ώστε να βοηθήσουν τους αχρωματοψύχους να βλέπουν μήκη κύματος που διαφορετικά δεν θα μπορούσαν να ανιχνεύσουν.
«Με τη μετατροπή του κόκκινου ορατού φωτός σε κάτι σαν πράσινο ορατό φως, αυτή η τεχνολογία θα μπορούσε να κάνει το αόρατο ορατό για τους αχρωματοψύχους», λέει ο Xue.
Επειδή οι φακοί επαφής έχουν περιορισμένη ικανότητα να συλλαμβάνουν λεπτές λεπτομέρειες (λόγω της εγγύτητάς τους στον αμφιβληστροειδή, η οποία προκαλεί τη διασπορά των μετατρεπόμενων σωματιδίων φωτός), η ομάδα ανέπτυξε επίσης ένα φορητό γυάλινο σύστημα χρησιμοποιώντας την ίδια τεχνολογία νανοσωματιδίων, το οποίο επέτρεψε στους συμμετέχοντες να αντιλαμβάνονται πληροφορίες υπέρυθρης ακτινοβολίας υψηλότερης ανάλυσης.
Επί του παρόντος, οι φακοί επαφής είναι σε θέση να ανιχνεύουν μόνο την υπέρυθρη ακτινοβολία που προβάλλεται από μια πηγή φωτός LED, αλλά οι ερευνητές εργάζονται για να αυξήσουν την ευαισθησία των νανοσωματιδίων, ώστε να μπορούν να ανιχνεύουν χαμηλότερα επίπεδα υπέρυθρου φωτός.
«Στο μέλλον, συνεργαζόμενοι με επιστήμονες υλικών και ειδικούς της οπτικής, ελπίζουμε να φτιάξουμε έναν φακό επαφής με ακριβέστερη χωρική ανάλυση και μεγαλύτερη ευαισθησία», λέει ο Xue.
Πηγή: Phys.org
