World Economic Forum (WEF) vroeg een groep internationale technologiedeskundigen om de Top 10 Opkomende Technologieën van dit jaar te bepalen. Op basis van nominaties van andere deskundigen over de hele wereld, werden tientallen voorstellen aan een reeks criteria onderworpen. Gaan de voorgestelde technologieën de samenleving vooruit helpen? Kunnen ze voor een structurele omslag zorgen? Is er nog verdere groei van te verwachten? “Technologieën die vandaag in opkomst zijn, bepalen de wereld van morgen en verder – met gevolgen voor de economie en de maatschappij in het algemeen”, zegt Mariette DiChristina, hoofdredacteur van Scientific American, en voorzitter van de WEF-stuurgroep voor Opkomende Technologieën. Omdat ook Innovation Origins constant op zoek is naar de bron van innovatie presenteren we in een 10-delige serie de door WEF geselecteerde kansrijke technologieën. Vandaag deel 3: metalenzen.
Na publicatie van deel 10 is de hele serie hier te vinden.
Halfgeleiderreuzen zoals ASML zijn gebouwd op Moore’s Law en perfecte optische oplossingen zoals lenzen van Zeiss. Maar terwijl telefoons, computers en andere elektronica steeds kleiner zijn geworden (precies zoals Moore zei), zijn hun optische componenten hardnekkig blijven weigeren om te krimpen, stellen de WEF-onderzoekers vast. “Het blijkt vooral moeilijk om kleine lenzen te maken met traditionele technieken voor het snijden en buigen van glas, nog afgezien van de stapeling van lenzen die noodzakelijk is om het licht goed te kunnen scherpstellen.” Maar er schijnt licht aan het einde van de tunnel.
Ingenieurs hebben recentelijk stappen gezet om veel kleinere, lichtere alternatieven, de zogenaamde metalenzen, te kunnen produceren. Deze lenzen zouden een grotere miniaturisering van microscopen en andere laboratoriumhulpmiddelen mogelijk kunnen maken, maar ook van consumentenproducten zoals camera’s, virtual reality-headsets en optische sensoren voor het Internetof Things. En ze zouden de functionaliteit van optische vezels kunnen verbeteren.
Een metalens bestaat uit een plat oppervlak, dunner dan een micron, dat bedekt is met een reeks nanoschaalobjecten, zoals zuiltjes of gaten. Naarmate invallend licht op deze elementen valt, veranderen veel van zijn eigenschappen – waaronder de polarisatie, intensiteit, fase en richting van voortbeweging. Onderzoekers kunnen de nanoschaalobjecten nauwkeurig positioneren om er zeker van te zijn dat het licht dat de metalens verlaat, bepaalde eigenschappen heeft. Bovendien zijn metalenzen zo dun dat er meerdere boven elkaar kunnen zitten zonder dat ze de voordelen van het kleine formaat teniet doen.
Lagere kosten
Er is nog een ander voordeel aan metalenzen. Naast het verkleinen van de afmetingen zouden metalenzen uiteindelijk ook de kosten van optische componenten moeten verlagen, omdat de kleine lenzen kunnen worden vervaardigd met dezelfde apparatuur die al in de halfgeleiderindustrie wordt gebruikt. “Deze functie verhoogt het aantrekkelijke vooruitzicht om bijvoorbeeld de optische en elektronische componenten van een kleine lichtsensor naast elkaar, op dezelfde machines, te vervaardigen.”
Voorlopig zijn de kosten echter nog steeds hoog, omdat het moeilijk is om de nanoschaalelementen precies op een chip te plaatsen. Ook andere beperkingen moeten worden aangepakt. Tot nu toe zijn metalenzen minder efficiënt in het overbrengen van licht dan traditionele lenzen – een belangrijke beperking voor toepassingen zoals full-colour imaging. Bovendien zijn ze te klein om een grote hoeveelheid licht vast te leggen, waardoor ze vooralsnog niet geschikt zijn om hoogwaardige foto’s te maken.
Toch zijn de WEF-onderzoekers ervan overtuigd dat de kleine lenzen de komende jaren hun weg zullen vinden naar kleinere, gemakkelijker te vervaardigen sensoren, diagnostische hulpmiddelen zoals endoscopische beeldvormingsapparatuur en optische vezels. “Die potentiële toepassingen zijn aantrekkelijk genoeg om onderzoeksondersteuning te krijgen van overheidsinstellingen en bedrijven als Samsung en Google. Minstens één startende onderneming, Metalenz, verwacht in de komende jaren metalenzen op de markt te brengen.”
(Het Top 10 Emerging Technologies rapport van het WEF vormde de basis voor dit artikel)
Als je dit artikel leuk vindt, lees dan ook:
