歷經(jīng)5億年的演化，節肢動(dòng)物的復眼已經(jīng)進(jìn)化成了一套結構復雜、功能*的成像系統，節肢動(dòng)物可以通過(guò)復眼，以極大視場(chǎng)角的全景模式，結合深度感知的能力洞察周邊的事物。由于復眼在成像方面的諸多優(yōu)勢，研究人員不斷提出各種制備仿生復眼的方案，但是，自然復眼的結構過(guò)于復雜，傳統微加工工藝無(wú)法實(shí)現自然復眼的真實(shí)結構，過(guò)去所研制的仿生復眼無(wú)法適用于普通光學(xué)元件及圖像傳感器，這使得仿生復眼的應用受到了極大的限制。

近日，上海理工大學(xué)長(cháng)江學(xué)者張大偉教授帶領(lǐng)的超精密光學(xué)制造團隊在莊松林院士的領(lǐng)導下，戴博教授及同事、張良等碩士研究生與美國杜克大學(xué)Tony Jun Huang教授課題組、戴頓大學(xué)趙乘龍教授課題組、南加州大學(xué)John Mai研究員合作，提出了一種基于微流體輔助3D打印的微結構加工技術(shù)，并將該技術(shù)用于制備仿生復眼。

圖一左圖：螞蟻的復眼，右圖：基于微流體輔助3D打印技術(shù)制備的仿生復眼

仿生復眼的具體加工工藝如下：利用面投影微立體光刻3D打印技術(shù)（nanoArch S130,P140，摩方精密）制備出超高精度的復眼模具及基底。模具為一個(gè)半球形凹坑，在坑內密布了圓柱陣列；基底為一個(gè)半球體，內部含有與圓柱陣列等量的微管道。然后，對模具進(jìn)一步處理，在凹坑內填上光敏樹(shù)脂，利用勻膠機作甩膠處理。當適度控制勻膠機轉速時(shí)，凹坑中的膠會(huì )被*甩出，而圓柱陣列中會(huì )殘留部分光敏膠。靜止一段時(shí)間后，圓柱陣列中的膠由于受到毛細力的作用，液面會(huì )下凹。經(jīng)UV固化后，復眼模具便完成了。最后，將半球體基底倒扣在凹坑中，注滿(mǎn)彈性樹(shù)脂，經(jīng)熱固化后，取出半球體，便能獲得一顆仿生復眼。

在此工作中，研究人員實(shí)現了高度仿生的復眼，5毫米直徑半球狀的仿生復眼擁有多達12,000多顆子眼。結構與自然復眼高度相似，具有角膜(cornea lens)、晶錐(crystalline cone)、感桿束 (rhabdome)等核心元素。除了結構，所制得的仿生復眼在功能上也能與自然復眼媲美。研究人員將仿生復眼結合傳統二維圖像傳感器，即可實(shí)現超大視場(chǎng)全景、全彩成像，還演示了在三維空間內對光源精準定位。

圖二仿生復眼的制備流程圖

圖三利用仿生復眼觀(guān)察發(fā)紅光的X標記以及跟蹤發(fā)藍光的三角標記

該成果以“Biomimetic apposition compound eye fabricated using microfluidic-assisted 3D printing"為題發(fā)表在Nature子刊Nature Communications上。

文章鏈接：
https://www.nature。。ｃｏｍ/articles/s41467-021-26606-z

NatureCommunications volume 12, Articlenumber: 6458 (2021)