Thấu kính đa diện cho kính hiển vi 3D

Các kỹ sư thuộc Đại học Ohio, Mỹ, đã phát minh một loại thấu kính đặc biệt, cho phép kính hiển vi quan sát vật thể cực nhỏ từ chín góc độ khác nhau cùng lúc. Nhờ thu nhận nhiều hướng nhìn trong một cấu kiện duy nhất, hệ thống có thể tạo ra hình ảnh ba chiều, giúp người quan sát hình dung rõ hơn hình dạng không gian của mẫu vật. Phát minh này mở ra một hướng tiếp cận gọn nhẹ hơn cho kính hiển vi 3D, lĩnh vực vốn thường cần nhiều thiết bị phối hợp phức tạp. Theo ScienceDaily, các kính hiển vi 3D hiện nay thường sử dụng nhiều thấu kính hoặc những camera bố trí xung quanh vật thể cần quan sát. Những thành phần ấy phải được sắp xếp chính xác, đồng thời có thể khiến hệ thống trở nên cồng kềnh, khó thu nhỏ khi ứng dụng vào những thiết bị chuyên dụng. Trái lại, nhóm nghiên cứu Đại học Ohio đã chế tạo một thấu kính đơn, đứng yên, có khả năng tạo hình ảnh hiển vi ba chiều của vật thể. Allen Yi, phó giáo sư ngành kỹ sư hệ thống tích hợp tại Đại học Ohio, xem nguyên mẫu này như một bằng chứng về ý tưởng dành cho các nhà sản xuất thiết bị y khoa và vi điện tử. Theo ông, những lĩnh vực này vẫn đang dựa vào các cơ chế máy móc rất phức tạp để quan sát những thành phần có kích thước cực nhỏ. Một thấu kính tích hợp nhiều hướng nhìn có thể giúp giảm bớt số bộ phận, đồng thời tạo nền tảng cho những hệ thống quan sát nhỏ gọn hơn. Nguyên mẫu thấu kính mới chỉ lớn khoảng bằng móng tay, nhưng cấu trúc bên ngoài khiến nó khá nổi bật khi nhìn bằng mắt thường. Hình dáng của nó gợi liên tưởng đến một viên đá quý gắn trên mặt nhẫn, với phần đỉnh phẳng nằm giữa tám mặt bao quanh. Tuy nhiên, vẻ ngoài giống đá quý chỉ là ấn tượng ban đầu, bởi thấu kính này được thiết kế không đối xứng để tạo ra những góc nhìn khác nhau. Các viên đá quý thường được cắt đối xứng nhằm tạo vẻ cân đối và tăng khả năng phản chiếu ánh sáng, còn thấu kính đa diện lại đi theo hướng hoàn toàn khác. Kích thước cùng góc nghiêng của từng mặt được thay đổi rất nhỏ, ở mức mà mắt người gần như không thể nhận ra khi quan sát trực tiếp. Chính những sai khác tinh vi ấy giúp mỗi hướng nhìn qua thấu kính mang lại một hình dạng quang học riêng biệt. Allen Yi giải thích rằng người quan sát sẽ thấy một hình dạng khác nhau khi nhìn thấu kính từ bất kỳ hướng nào. Cấu trúc nhiều mặt với hình học không đối xứng tạo nên nhiều đường đi khác nhau cho ánh sáng, từ đó cung cấp thông tin về vật thể theo nhiều phương. Vì vậy, thiết bị được gọi là thấu kính đa diện, một thành phần đơn nhưng đảm nhiệm chức năng thường cần nhiều thấu kính hoặc camera. Để tạo ra các nguyên mẫu đầu tiên, nhóm nghiên cứu sử dụng máy cắt chính xác nhằm khắc những gờ nhỏ trên các thấu kính làm từ nhựa dẻo nóng. Quy trình này cho phép các kỹ sư kiểm soát hình dạng từng mặt, dù sự khác biệt giữa chúng rất nhỏ và đòi hỏi độ chính xác cao. Trong tương lai, những thấu kính tương tự có thể được sản xuất với chi phí thấp hơn bằng các kỹ thuật đúc truyền thống. Giá trị lớn nhất của ý tưởng nằm ở khả năng đơn giản hóa những hệ thống quan sát vốn đang chiếm nhiều không gian và có cấu tạo phức tạp. Allen Yi kỳ vọng công nghệ này cuối cùng sẽ giúp các nhà sản xuất giảm cả số lượng lẫn kích thước thiết bị cần thiết để thu nhỏ sản phẩm. Nếu được phát triển tiếp, thấu kính đa diện có thể hỗ trợ các ứng dụng y khoa và vi điện tử, nơi hình ảnh ba chiều của chi tiết rất nhỏ giữ vai trò quan trọng.