近日，上海理工大學(xué)張大偉教授/戴博教授團(tuán)隊(duì)發(fā)表“Engineering Biomimetic Compound Eyes for Insect-Eye Visual Systems"文章發(fā)表在《ACS Photonics》。本文通過解析自然復(fù)眼的結(jié)構(gòu)與功能機(jī)制，設(shè)計(jì)并利用微流控輔助摩方精密面投影微立體光刻（PμSL）技術(shù)制備了五種不同構(gòu)型的仿生復(fù)眼（BCE），系統(tǒng)評估了其視場角、光學(xué)串?dāng)_、成像性能等關(guān)鍵指標(biāo)，成功復(fù)刻了自然復(fù)眼的寬視場、大景深等核心特性，明確了結(jié)構(gòu)參數(shù)與光學(xué)性能的關(guān)聯(lián)，為微型機(jī)器人、醫(yī)用內(nèi)窺鏡等新一代光學(xué)設(shè)備的研發(fā)提供了重要的設(shè)計(jì)思路與技術(shù)支撐。

自然復(fù)眼作為昆蟲的核心視覺器官，具備寬視場、高運(yùn)動敏感性、無限景深等獨(dú)特優(yōu)勢，但其微型化、集成化的結(jié)構(gòu)特性難以被傳統(tǒng)技術(shù)復(fù)刻。傳統(tǒng)仿生復(fù)眼存在制造局限，如僅能模擬外部3D輪廓、內(nèi)部結(jié)構(gòu)加工困難、體積龐大、光學(xué)串?dāng)_嚴(yán)重等問題，限制了其實(shí)際應(yīng)用。因此，亟需開發(fā)新型制造技術(shù)，優(yōu)化仿生復(fù)眼的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，解決光學(xué)性能與集成性的矛盾。

• 實(shí)驗(yàn)方法

仿生設(shè)計(jì)：基于自然復(fù)眼的并列眼（晝行昆蟲）和重疊眼（夜行昆蟲）分類，設(shè)計(jì)了五種構(gòu)型的仿生復(fù)眼（I-V型），涵蓋半球殼狀、帶光波導(dǎo)、球形帽狀等結(jié)構(gòu)。

制造技術(shù)：采用微流控輔助3D打印技術(shù)，通過摩方精密nanoArch® P140（精度：10μm）3D打印含半球形凹槽的模具、涂覆SU-8光刻膠并UV固化、氣相硅烷化提升模具耐用性，再填充RTV硅酮等材料，按需制備不同類型復(fù)眼。

性能測試：利用COMSOL多物理場軟件進(jìn)行光線追蹤模擬，測試視場角（AOV）、光學(xué)串?dāng)_、插入損耗、空間分辨率等指標(biāo)，通過掩模成像實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證成像效果。

• 核心結(jié)果

結(jié)構(gòu)與光學(xué)特性：I型無眼小面間隔，存在1.45dB光學(xué)串?dāng)_；II型增設(shè)遮光間隔，串?dāng)_降至10.63dB但插入損耗略高（0.62dB）；III型窄光波導(dǎo)導(dǎo)致圖像馬賽克化；IV型寬光波導(dǎo)保留圖像細(xì)節(jié)，可在160°視角成像；V型球形帽結(jié)構(gòu)存在視場角（最大76°）與空間分辨率的權(quán)衡。

關(guān)鍵性能指標(biāo)：仿生復(fù)眼最大視場角達(dá)165°，IV型在寬物距范圍內(nèi)保持<40μm的高空間分辨率，V型展現(xiàn)大景深成像能力，所有類型均可與平面?zhèn)鞲衅髦苯蛹伞?/p>

成像效果：IV型能清晰還原“8"字和三角形掩模圖案，經(jīng)計(jì)算后處理可校正波導(dǎo)反射畸變；V型多眼小面協(xié)同成像，適應(yīng)不同物距變化。

• 研究結(jié)論：

微流控輔助摩方微納3D打印技術(shù)突破了傳統(tǒng)微制造的局限，實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜內(nèi)部結(jié)構(gòu)仿生復(fù)眼的規(guī)?；苽洌Y(jié)構(gòu)參數(shù)（殼厚、波導(dǎo)尺寸、間隔設(shè)計(jì)）對光學(xué)串?dāng)_、視場角等性能起關(guān)鍵調(diào)控作用。不同構(gòu)型復(fù)眼各有適配場景：I、II型適用于弱光監(jiān)控，III、IV、V型適配高畫質(zhì)緊湊設(shè)備。目前研究雖處于概念驗(yàn)證階段，但為微型光學(xué)系統(tǒng)提供了全新設(shè)計(jì)框架。未來需通過優(yōu)化材料穩(wěn)定性、集成自適應(yīng)光學(xué)元件、發(fā)展傳感-算法協(xié)同設(shè)計(jì)，推動其在機(jī)器人導(dǎo)航、醫(yī)療成像等領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用。