Wissen: Das Auge nachgebaut

Von der Natur lernen – unter diesem Motto versuchen Bioniker Geräte zu entwickeln, die einfach aufgebaut und dennoch leistungsfähig sind. Jüngstes Beispiel ist eine Kamera, die dem menschlichen Auge nachempfunden ist. Im Gegensatz zu unserem Augapfel kann der Apparat sogar zoomen, berichtet das Team um John Rogers von der Universität Illinois in Urbana im Fachjournal „PNAS“.

Die simple Kamera könnte in Robotern, Endoskopen oder für Nachtsichtgeräte genutzt werden, glauben die Forscher. Noch ist es aber nicht so weit. Die Kamera verfügt gerade über 256 Pixel und kann bislang nur schwarz-weiß sehen. Auch beim Zoomen ist noch manuelle Hilfe erforderlich. Dennoch haben die Wissenschaftler einige Hürden auf dem Weg zum Superauge genommen.

Statt mehrerer starrer Linsen, wie sie etwa in Fotoapparaten eingebaut sind, verfügt die Kamera über eine einzelne Linse, die ihre Form verändern kann. Dazu haben die Forscher eine dünne Membran aus dehnbarem Kunststoff dicht über einer Glasplatte montiert. In den Zwischenraum kann man Wasser pumpen: Je größer der Druck ist, desto mehr wölbt sich die Membran.

Das eigentliche Problem ist der Detektor. Das Bild eines beliebigen Objekts, das hinter einer gekrümmten Linse entsteht, ist nicht eben, sondern zur Mitte hin gebogen. So wie ein flacher Suppenteller. Damit das Bild sowohl im Zentrum als auch am Rand scharf ist, muss die Projektionsfläche – wo die einzelnen Fotodetektoren sitzen – entsprechend verformt sein. „Konkav“, sagen Optiker dazu. Auch die Netzhaut in unserem Auge folgt dieser Form.

Damit die Zoomkamera nach Rogers’ Bauweise funktioniert, muss der Abstand zwischen Linse und Projektionsfläche variabel sein und die „Leinwand“ soll ihre Gestalt verändern können: Je stärker die Linse gewölbt ist, umso tiefer muss die „Delle“ im Detektor werden, damit trotzdem ein scharfes Bild entsteht.

Das erreichten die Forscher, indem sie die Fotodetektoren ebenfalls auf einen biegsamen Kunststoff setzten. In dem Hohlraum darunter befindet sich Wasser. Wird es abgesaugt, zieht es die Kunststoffoberfläche nach innen so dass ein tiefer Trichter entsteht; strömt Wasser zurück, wird der Kunststoff wieder flacher.

Um ein Objekt vergrößert abzubilden, es heran zu zoomen, werden Linse und Detektor auf „flach“ gestellt. Zudem muss in diesem Fall die Projektionsfläche weiter weg gerückt werden, um ein scharfes Bild zu bekommen. Das kann die Kamera noch nicht. Die Forscher korrigierten den Abstand per Hand. Künftig könnte die Steuerung aber mit den zwei Flüssigkeitspumpen gekoppelt werden, schreiben sie. Dann kann die Kamera selbstständig beobachten. Ralf Nestler