تاریخ شروع : 1403/03/20
مهلت ارسال : 1403/03/09
گرنت صندوق نوآوری و شکوفایی:
حمایت بلاعوض از طرح تا سقف 800 میلیون تومان
حمایت بلاعوض از طرح تا سقف 800 میلیون تومان
مهلت ارسال پروپوزال به اتمام رسیده است
ساخت عدسی با فاصله کانونی تنظیم‌پذیر برای استفاده در کاربردهای پزشکی مانند آندوسکوپی یا اصلاح پیرچشمی
خلاصه فناوری
تنظیم‌پذیری یک عدسی به معنای توانایی آن بر تغییر فاصله کانونی خود میباشد. رایج‌ترین مثالی که میتوان بیان نمود، عدسی دوربین‌های عکاسی حرفه‌ای هستند که با اعمال تغییرات مکانیکی می‌توانند به نقطه‌ای متمرکز شده و به مقادیر مختلفی از بزرگنمایی در تصویر دست یابند. در عین رایج بودن و دقت این نوع از عدسی‌ها ایراد بزرگی که به آنها وارد است، نیاز به تغییرات مکانیکی برای تغییر فاصله کانونی است که منجر به حجیم شدن آنها می‌شود. نسل جدید عدسیهای تنظیم‌پذیر درصدد رفع این مشکل و تغییر فاصله کانونی عدسی با ابزاری بجز تغییرات مکانیکی آن‌هاست.
هدف از این پروژه، طراحی و ساخت عدسیهای تنظیم‌پذیر مبتنی بر بلور مایع است که بصورت الکتریکی فاصله کانونی آنها قابل تنظیم میباشد. در دنیا استفاده از این نوع عدسی‌ها در سیستم‌های آندوسکوپی مرسوم بوده و هدف این پروژه علاوه بر آندوسکوپی، ساخت عدسی با شعاع بزرگ (4/0 سانتیمتر) به عنوان عینک اصلاح‌کننده پیرچشمی میباشد. این عینک قادر خواهد بود فقط بصورت الکتریکی اندازه فاصله کانونی خود را تغییر دهد. پیشبینی می‌شود بازه فاصله کانونی بین 2 تا 4 متر (یعنی شماره عینک 25/0 تا 5/0) باشد.
ضرورت مسئله
امروزه عدسیهای تنظیم‌پذیر غیرمکانیکی در حوزه‌های گوناگونی مورد استفاده قرار می‌گیرند؛ برای مثال، در حوزه تصویربرداری برای داشتن فوکوس خودکار، تصویربرداری سه بعدی و یا به خصوص در سال‌های اخیر در سیستم‌های واقعیت مجازی استفاده زیادی از این نوع عدسی‌ها می‌شود. در حوزه بیواپتیک در دستگاه‌هایی مانند آندوسکوپی و همچنین اصلاح نارسایی‌های چشمی به ویژه پیرچشمی مورد استفاده قرار می‌گیرند. در اپتیک آکادمیک، میکرو عدسیهای کنترل شونده با اختلاف پتانسیل الکتریکی، هدایت نوری و اصلاح‌کننده جبهه موج، برخی از کاربردهای مطرح این عدسی‌ها هستند. در صنعت نیز در دوربین گوشی‌های هوشمند، هوافضا و متمرکزکننده نور در سلول‌های خورشیدی کاربرد داشته و روز به روز در حال توسعه هستند.
به دلیل فراگیری ضعف چشمی در جوانان و اجتناب‌ناپذیر بودن پیرچشمی بعد از میان‌سالی، پیشبینی می‌شود در آینده نزدیک درصد قابل توجهی از جمعیت دچار مشکلات توامان ضعف بینایی و پیرچشمی خواهند بود. از آنجا که راه حل ساده‌ای برای این افراد وجود ندارد و استفاده از دو عینک کار دشواری است، این پروژه انتخاب شده است تا بتوان به حل این مشکل بپردازد. در صورت ساخت عینک هوشمند مدنظر برای اصلاح پیرچشمی، کشور ایران جزو پیشتازان این عرصه شده و با توجه به همه‌گیری عارضه پیرچشمی در جهان، بازاری جهانی برای این محصول پیشبینی می‌شود. طبق داده‌های موجود، 20 درصد از مردم جهان دچار عارضه پیرچشمی هستند و این عدد به دلیل پیری جهانی جمعیت رو به افزایش است. اگر جمعیت جهان را 8 میلیارد نفر درنظر بگیریم، 20 درصد آن حدود 6/1 میلیارد نفر می‌شود. با فرض قیمت 500 دلاری برای هر عینک، بازار بالقوه این محصول را در سطح جهانی میتوان حدود 900 میلیارد دلار درنظر گرفت و اگر قیمت محصول را در داخل کشور 30 میلیون تومان درنظر بگیریم و در فاز اول 100 هزار نفر خریدار داشته باشد، رقمی معادل با 3 هزار میلیارد تومان برآورد می‌شود. از طرفی دیگر، در بحث ادوات تصویربرداری پزشکی مانند آندوسکوپی هم اولین نمونه در داخل کشور خواهد بود که درصورت دستیابی به این تکنولوژی، هم وابستگی به تجهیزات پزشکی وارداتی کاسته و هم روند تشخیص برخی بیماری‌ها تسریع خواهد شد. درصورتی که قیمت محصول نهایی 1 میلیارد تومان در نظر گرفته شود، بازار پیشبینی شده داخلی این محصول، درصورت فروش 10 دستگاه در سال، سالی 10 میلیارد تومان خواهد بود. بدیهی است که در سایر حوزه‌ها ازجمله گوشی‌های تلفن همراه، فضانوردی و پنل‌های خورشیدی نیز بازارهای بسیار بزرگ جهانی در انتظار چنین محصولی هستند.
تنظیم‌پذیری یک عدسی به معنای توانایی آن بر تغییر فاصله کانونی خود میباشد. رایج‌ترین مثالی که میتوان بیان نمود، عدسی دوربین‌های عکاسی حرفه‌ای هستند که با اعمال تغییرات مکانیکی می‌توانند به نقطه‌ای متمرکز شده و به مقادیر مختلفی از بزرگنمایی در تصویر دست یابند. در عین رایج بودن و دقت این نوع از عدسی‌ها ایراد بزرگی که به آنها وارد است، نیاز به تغییرات مکانیکی برای تغییر فاصله کانونی است که منجر به حجیم شدن آنها می‌شود. نسل جدید عدسیهای تنظیم‌پذیر درصدد رفع این مشکل و تغییر فاصله کانونی عدسی با ابزاری بجز تغییرات مکانیکی آن‌هاست.
هدف از این پروژه، طراحی و ساخت عدسیهای تنظیم‌پذیر مبتنی بر بلور مایع است که بصورت الکتریکی فاصله کانونی آنها قابل تنظیم میباشد. در دنیا استفاده از این نوع عدسی‌ها در سیستم‌های آندوسکوپی مرسوم بوده و هدف این پروژه علاوه بر آندوسکوپی، ساخت عدسی با شعاع بزرگ (4/0 سانتیمتر) به عنوان عینک اصلاح‌کننده پیرچشمی میباشد. این عینک قادر خواهد بود فقط بصورت الکتریکی اندازه فاصله کانونی خود را تغییر دهد. پیشبینی می‌شود بازه فاصله کانونی بین 2 تا 4 متر (یعنی شماره عینک 25/0 تا 5/0) باشد.
ضرورت مسئله
امروزه عدسیهای تنظیم‌پذیر غیرمکانیکی در حوزه‌های گوناگونی مورد استفاده قرار می‌گیرند؛ برای مثال، در حوزه تصویربرداری برای داشتن فوکوس خودکار، تصویربرداری سه بعدی و یا به خصوص در سال‌های اخیر در سیستم‌های واقعیت مجازی استفاده زیادی از این نوع عدسی‌ها می‌شود. در حوزه بیواپتیک در دستگاه‌هایی مانند آندوسکوپی و همچنین اصلاح نارسایی‌های چشمی به ویژه پیرچشمی مورد استفاده قرار می‌گیرند. در اپتیک آکادمیک، میکرو عدسیهای کنترل شونده با اختلاف پتانسیل الکتریکی، هدایت نوری و اصلاح‌کننده جبهه موج، برخی از کاربردهای مطرح این عدسی‌ها هستند. در صنعت نیز در دوربین گوشی‌های هوشمند، هوافضا و متمرکزکننده نور در سلول‌های خورشیدی کاربرد داشته و روز به روز در حال توسعه هستند.
به دلیل فراگیری ضعف چشمی در جوانان و اجتناب‌ناپذیر بودن پیرچشمی بعد از میان‌سالی، پیشبینی می‌شود در آینده نزدیک درصد قابل توجهی از جمعیت دچار مشکلات توامان ضعف بینایی و پیرچشمی خواهند بود. از آنجا که راه حل ساده‌ای برای این افراد وجود ندارد و استفاده از دو عینک کار دشواری است، این پروژه انتخاب شده است تا بتوان به حل این مشکل بپردازد. در صورت ساخت عینک هوشمند مدنظر برای اصلاح پیرچشمی، کشور ایران جزو پیشتازان این عرصه شده و با توجه به همه‌گیری عارضه پیرچشمی در جهان، بازاری جهانی برای این محصول پیشبینی می‌شود. طبق داده‌های موجود، 20 درصد از مردم جهان دچار عارضه پیرچشمی هستند و این عدد به دلیل پیری جهانی جمعیت رو به افزایش است. اگر جمعیت جهان را 8 میلیارد نفر درنظر بگیریم، 20 درصد آن حدود 6/1 میلیارد نفر می‌شود. با فرض قیمت 500 دلاری برای هر عینک، بازار بالقوه این محصول را در سطح جهانی میتوان حدود 900 میلیارد دلار درنظر گرفت و اگر قیمت محصول را در داخل کشور 30 میلیون تومان درنظر بگیریم و در فاز اول 100 هزار نفر خریدار داشته باشد، رقمی معادل با 3 هزار میلیارد تومان برآورد می‌شود. از طرفی دیگر، در بحث ادوات تصویربرداری پزشکی مانند آندوسکوپی هم اولین نمونه در داخل کشور خواهد بود که درصورت دستیابی به این تکنولوژی، هم وابستگی به تجهیزات پزشکی وارداتی کاسته و هم روند تشخیص برخی بیماری‌ها تسریع خواهد شد. درصورتی که قیمت محصول نهایی 1 میلیارد تومان در نظر گرفته شود، بازار پیشبینی شده داخلی این محصول، درصورت فروش 10 دستگاه در سال، سالی 10 میلیارد تومان خواهد بود. بدیهی است که در سایر حوزه‌ها ازجمله گوشی‌های تلفن همراه، فضانوردی و پنل‌های خورشیدی نیز بازارهای بسیار بزرگ جهانی در انتظار چنین محصولی هستند.
مسئله اصلی تحقیق
یکی از موارد استفاده از عدسیهای تنظیم‌پذیر غیرمکانیکی، درحوزه چشم‌پزشکی و به ویژه بحث پیرچشمی میباشد. پیرچشمی عارضهای است که بعد از 45 سالگی برای 20 درصد از مردم دنیا به وجود آمده و هر 10 سال نیز تشدید می‌شود. عموماً افراد مبتلا به پیرچشمی برای مطالعه، کار با تلفن همراه و این قبیل کارهایی که نیاز به دیدن اجسام نزدیک (زیر 5/0 متر) دارند به مشکل بر می‌خورند. با اینکه راه حل فعلی آن مانند افراد دوربین، استفاده از یک عینک نزدیک‌بین میباشد، اما پیرچشمی با عارضه دوربینی تفاوت دارد. در پیرچشمی خاصیت انطباق‌پذیری عدسی موجود در چشم تضعیف می‌شود؛ درحالی که، در دوربینی اندازه چشم تغییر کرده و تصویر در جای درستی (شبکیه چشم) شکل نمیگیرد. اما مشکل اصلی زمانی است که فرد دچار مشکل نزدیکبینی بوده و دچار پیرچشمی هم بشود. در اینصورت هم برای دیدن اجسام نزدیک و هم اجسام دور نیازمند عینک خواهد شد. برای حل این مشکل از دو روش در حال حاضر استفاده می‌شود. یکی استفاده از عینک‌های متعدد برای کارهای مختلف میباشد؛ به طور مثال عینک مخصوص مطالعه، رانندگی، کار با تلفن همراه و غیره. راه دوم هم استفاده از عینک‌های مخصوصی است که بخشی از آن (قسمت بالایی یا یک چشم) برای دیدن اجسام دور و بخش دیگری (قسمت پایینی یا چشم دیگر) برای دیدن اجسام نزدیک میباشد. علاوه براین، با افزایش سن قدرت انطباق‌پذیری عدسی داخل چشم به تدریج کاهش یافته و بعضی مواقع بطور کامل از دست می‌رود. در اینصورت، شخص برای دیدن هر فاصله‌ای نیازمند یک عدسی مجزا خواهد بود. به عبارت دیگر، باید برای هر فعالیت مجزایی مانند تماشای تلویزیون، مطالعه، غذا خوردن، رانندگی و غیره از عینک مجزایی استفاده نماید که درنتیجه شخص به دید تار و مبهم رضایت می‌دهد.
یکی از موارد استفاده از عدسیهای تنظیم‌پذیر غیرمکانیکی، درحوزه چشم‌پزشکی و به ویژه بحث پیرچشمی میباشد. پیرچشمی عارضهای است که بعد از 45 سالگی برای 20 درصد از مردم دنیا به وجود آمده و هر 10 سال نیز تشدید می‌شود. عموماً افراد مبتلا به پیرچشمی برای مطالعه، کار با تلفن همراه و این قبیل کارهایی که نیاز به دیدن اجسام نزدیک (زیر 5/0 متر) دارند به مشکل بر می‌خورند. با اینکه راه حل فعلی آن مانند افراد دوربین، استفاده از یک عینک نزدیک‌بین میباشد، اما پیرچشمی با عارضه دوربینی تفاوت دارد. در پیرچشمی خاصیت انطباق‌پذیری عدسی موجود در چشم تضعیف می‌شود؛ درحالی که، در دوربینی اندازه چشم تغییر کرده و تصویر در جای درستی (شبکیه چشم) شکل نمیگیرد. اما مشکل اصلی زمانی است که فرد دچار مشکل نزدیکبینی بوده و دچار پیرچشمی هم بشود. در اینصورت هم برای دیدن اجسام نزدیک و هم اجسام دور نیازمند عینک خواهد شد. برای حل این مشکل از دو روش در حال حاضر استفاده می‌شود. یکی استفاده از عینک‌های متعدد برای کارهای مختلف میباشد؛ به طور مثال عینک مخصوص مطالعه، رانندگی، کار با تلفن همراه و غیره. راه دوم هم استفاده از عینک‌های مخصوصی است که بخشی از آن (قسمت بالایی یا یک چشم) برای دیدن اجسام دور و بخش دیگری (قسمت پایینی یا چشم دیگر) برای دیدن اجسام نزدیک میباشد. علاوه براین، با افزایش سن قدرت انطباق‌پذیری عدسی داخل چشم به تدریج کاهش یافته و بعضی مواقع بطور کامل از دست می‌رود. در اینصورت، شخص برای دیدن هر فاصله‌ای نیازمند یک عدسی مجزا خواهد بود. به عبارت دیگر، باید برای هر فعالیت مجزایی مانند تماشای تلویزیون، مطالعه، غذا خوردن، رانندگی و غیره از عینک مجزایی استفاده نماید که درنتیجه شخص به دید تار و مبهم رضایت می‌دهد.
یکی از روش‌های معمول برای ساخت عدسی تنظیم‌پذیر غیرمکانیکی، استفاده از مواد با فاز بلور مایع است. بلورهای مایع با توجه به ساختار ناهمسان‌گرد و خواص الکترواپتیکی که دارند، کاربردهای فراوانی در حوزه‌های گوناگون دارند. در عدسیهای تنظیم‌پذیر، به کمک تغییر ضرایب شکست مولکولهای بلور مایع با اعمال میدان الکتریکی خارجی، میتوان میزان فاصله کانونی عدسی ساخته شده را دستخوش تغییر کرد. با استفاده از همین ویژگی ساده، عدسیهای تنظیم‌پذیر مکانیکی جای خود را به عدسیهای الکترواپتیکی می‌دهند. حدوداً از 40 سال پیش این دریچه از علم گشوده شده و پس از سالها تلاش در حال حاضر دانشمندان قادر به ساخت انواع مختلفی از عدسیهای مبتنی بر بلور مایع با قطر میکرومتری تا چند سانتیمتر، با فواصل کانونی متغیر از چند میکرومتر تا بینهایت و با اعمال ولتاژهای زیر 3 ولت هستند. بسته به شرایط و حوزه مدنظر، میتوان یکی از انواع این عدسیهای مبتنی بر بلور مایع را انتخاب نموده و در ابعاد و محدوده فاصله‌ی کانونی پیشبینی شده ساخت. بزرگترین مزیت این عدسی‌ها، عدم نیاز به قطعه متغیر مکانیکی برای تغییر فاصله کانونی خود و درنتیجه اشغال کردن فضای کمتر و وزن کمتر آن‌هاست.
درباره تیم پژوهشی
| نام و نام‌خانوادگی | رشته/ مقطع تحصیلی | همکار/ مشاور طرح | وضعیت شغلی |
| محمد محمدی مسعودی | دکتری مهندسی برق_نانوالکترونیک | مجری | عضو هیات علمی دانشگاه تهران |
| زهرا امام نوری | دانشجوی کارشناسیارشد مهندسی فوتونیک_نانوفوتونیک | همکار | دانشجوی کارشناسیارشد دانشگاه تهران |
| علی گودرزی | کارشناسیارشد مهندسی فوتونیک_نانوفوتونیک | همکار | مهندس الکترونیک |
| حسین مهرزاد | دکتری فوتونیک | همکار | پژوهشگر پسا دکتری دانشگاه تهران |
سوابق عرضه‌کننده فناوری و مسئول اصلی تیم پژوهشی
دکتر محمد محمدی مسعودی، ایشان دانش‌آموخته رشته مهندسی برق–نانوالکترونیک از دانشگاه گنت بلژیک می‌باشند. پس از اخذ جایزه جهانی در حوزه ادوات نوری در سال 2015، به وطن بازگشته و بعنوان هیات علمی در دانشکده علوم و فناوری‌های بین رشته‌ای دانشگاه تهران مشغول به خدمت هستند. تخصص اصلی ایشان ادوات اپتیکی مبتنی بر بلورهای مایع بوده و در سال‌های اخیر مقالات زیادی را در حوزه‌های اپتیک، بیواپتیک و مهندسی برق در مجلات معتبر جهانی به چاپ رسانیده‌اند. علاوه بر این، ثبت 3 اختراع در مرکز ثبت اختراعات ایالات متحده در کارنامه ایشان به چشم می‌خورد.
دکتر حسین مهرزاد، ایشان پس از اتمام مقطع دکتری در رشته فتونیک از دانشگاه شهید بهشتی (پژوهشکده لیزر و پلاسما)، به عنوان پژوهشگر پسادکتری در دانشگاه تهران، آزمایشگاه نانوبیوفتونیک مشغول شدند. فعالیت‌های پژوهشی اخیر ایشان در زمینه‌های پلاسمونیک، کاربردهای پلاسمون سطحی نانوذرات فلزی، فوتونیک مواد آلی، بلور مایع، پلیمر و ... بوده است و در همین راستا 14 مقاله در مجلات بین المللی، علمی-پژوهشی و کنفرانسی به چاپ رسانیده‌اند.
دکتر محمد محمدی مسعودی، ایشان دانش‌آموخته رشته مهندسی برق–نانوالکترونیک از دانشگاه گنت بلژیک می‌باشند. پس از اخذ جایزه جهانی در حوزه ادوات نوری در سال 2015، به وطن بازگشته و بعنوان هیات علمی در دانشکده علوم و فناوری‌های بین رشته‌ای دانشگاه تهران مشغول به خدمت هستند. تخصص اصلی ایشان ادوات اپتیکی مبتنی بر بلورهای مایع بوده و در سال‌های اخیر مقالات زیادی را در حوزه‌های اپتیک، بیواپتیک و مهندسی برق در مجلات معتبر جهانی به چاپ رسانیده‌اند. علاوه بر این، ثبت 3 اختراع در مرکز ثبت اختراعات ایالات متحده در کارنامه ایشان به چشم می‌خورد.
دکتر حسین مهرزاد، ایشان پس از اتمام مقطع دکتری در رشته فتونیک از دانشگاه شهید بهشتی (پژوهشکده لیزر و پلاسما)، به عنوان پژوهشگر پسادکتری در دانشگاه تهران، آزمایشگاه نانوبیوفتونیک مشغول شدند. فعالیت‌های پژوهشی اخیر ایشان در زمینه‌های پلاسمونیک، کاربردهای پلاسمون سطحی نانوذرات فلزی، فوتونیک مواد آلی، بلور مایع، پلیمر و ... بوده است و در همین راستا 14 مقاله در مجلات بین المللی، علمی-پژوهشی و کنفرانسی به چاپ رسانیده‌اند.
مزایا
- راحتی استفاده برای کاربران
- باطری قابل شارژ
- محدوده قابل قبول تنظیم‌پذیری بازه فاصله کانونی
- طول عمر بالا
- سرعت تغییر وضعیت بالا
- استفاده از بروزترین تکنولوژی دنیا
کاربرد
- اصلاح نزدیکبینی، دوربینی و پیرچشمی
- افزایش عمق دید سیستم‌های آندوسکوپی
- تحقق سیستم‌های دارای فوکوس خودکار و زوم الکترو-اپتیکی
- تنظیم الکتریکی میزان فوکوس
- استفاده در دوربین تلفن‌های همراه و وبکم‌ها
- متمرکزکننده نور و ردیاب مکان خورشید در سیستم‌های فتوولتائیک
- کوپل‌کننده نور در سیستم‌های ارتباطاتی مبتنی بر فیبر نوری
- افزایش عمق دید سیستم‌های آندوسکوپی
- نورپردازی داخلی وسایل نقلیه
- مراقبت از دید فضانوردان
- سیستم‌های واقعیت افزوده
- تصحیح جبهه موج در تلسکوپ‌ها
خروجی‌های مورد انتظار تحقیق
- یافتن ضخامت بهینه عدسی به کمک شبیهسازی و اعتبارسنجی عملی
- شبیهسازی مقدار اختلال همشنوایی در عدسی طراحی شده
- طراحی ساختار الکترواپتیکی دارای نوآوری ویژه و روش ساخت آسان با تنها یک مرحله لیتوگرافی
- ساخت 4096 پیکسل مختلف با فاصله بین‌پیکسلی 10 میکرون و قابلیت کنترل ولتاژ اعمالی به هرکدام بصورت جداگانه
- ساخت سلول بلور مایع با ضخامت 20 میکرون و طول و عرض فعال بیشتر از 8/0 سانتیمتر
- ساخت برد الکترونیک کنترل‌کننده عدسی
- انجام آزمایشات مورد نیاز برای بررسی رفتار نمونه ساخته شده به عنوان عدسی با فاصله کانونی تنظیم‌پذیر
هزینه و زمان اجرای طرح
- هزینه اجرای طرح حدود 800 میلیون تومان برآورد می‌شود.
- مدت‌زمان اجرای طرح حدود 12 ماه برآورد می‌شود.
تسهیم مالکیت فکری
- مالکیت معنوی: مشارکت‌کننده در مالکیت معنوی ناشی از اجرای تحقیق سهیم خواهد بود و انتشار مقاله مشترک توسط مجری و مشارکت‌کننده در ژورنال‌های داخلی و خارجی، ارائه مقاله در کنفرانس‌ها و سمینارها با موافقت و اشاره به نام همه دست‌اندرکاران مجاز خواهد بود.
- مالکیت منافع مادی: سهم مشارکت شرکت/شتاب‌دهنده متقاضی حداقل 10 و حداکثر 35 درصد خواهد بود (منافع مالی ناشی از توسعه این فناوری بر اساس توافق طرفین و مشترک خواهد بود و با توجه به سهم آورده نقدی و غیرنقدی توسعه‌دهنده، سهم مالکیت قابل مذاکره و توافق است).
ارتباط با ما
شماره تماس:
021-88486498
اینستاگرام:
iran.challenges@
شماره تماس:
021-88486498
اینستاگرام:
iran.challenges@