Vědci vytvořili složený oči na základě hmyzu

Vědci z Tianjin University v Číně vyvinuli nově vytvořený biologicky inspirovaný složený oči. Bude použit k pomoci vědcům získat lepší pochopení toho, jak hmyz používá své složené oči k vnímání objektů a trajektorií extrémně rychle. Vědci také zkoumají, jak jej použít s kamerou pro vytvoření 3D lokalizačních systémů pro roboty, samořiditelná vozidla a bezpilotní letadla. 

Nový bio-inspirovaný složený oči byl uveden v časopise Optical Society (OSA) Optics Letters. Má vzhled hmyzu i funguje jako on. Složené oči hmyzu se skládají z hundred až tisíc ommatidií, nebo opakujících se jednotek. Každá z nich funguje jako samostatný vizuální receptor. 

Le Song, člen výzkumného týmu, hovořil o novém projektu. 

“Napodobování vizuálního systému hmyzu nás vedlo k závěru, že by mohl detekovat trajektorii objektu na základě intenzity světla z tohoto objektu, spíše než pomocí přesných obrazů, jako je lidské vidění,” řekl Le Song. “Tato metoda detekce pohybu vyžaduje méně informací, což umožňuje hmyzu rychle reagovat na hrozbu.”

Vědci vytvořili 169 mikročoček na povrchu složeného oka pomocí metody nazvané single point diamond turning. Mikročočka měla poloměr kolem 1mm, což vytvořilo komponent, který byl asi 20mm. Bylo schopné detekovat objekty z 90-stupňového zorného pole. 

Jednou z problémů, se kterými se vědci setkávají při vytváření složeného oka, je, že obrazové detektory zůstávají ploché, zatímco povrch složeného oka je zakřivený. To vyřešili umístěním světlovodu mezi zakřivenou čočkou a obrazovým detektorem. Tímto způsobem tým umožnil komponentě přijímat světlo z různých úhlů rovnoměrně. 

“Tato uniformní schopnost přijímání světla našeho bio-inspirovaného složeného oka je podobnější biologickým složeným očím a lépe napodobuje biologický mechanismus než předchozí pokusy o replikaci složeného oka,” řekl Song.

Při měření 3D trajektorie vědci umístili mřížky na každé očko složeného oka, aby pomohli detekovat polohu. LED světelné zdroje byly umístěny na různých vzdálenostech a směrech. Složené oko použilo algoritmus pro výpočet 3D polohy LED pomocí polohy a intenzity světla. 

Složené oko bylo schopné detekovat 3D polohu objektu velmi rychle. Jediným problémem bylo, že když byly světelné zdroje daleko, přesnost polohy se snížila. To může být důvod, proč je většina hmyzu krátkozraká. 

“Tento design nám umožnil prokázat, že složený oko může identifikovat polohu objektu na základě jeho jasu, spíše než komplexního obrazového procesu,” řekl Song. “Tento vysoce citlivý mechanismus se velmi dobře hodí pro zpracování mozkové schopnosti hmyzu a pomáhá jim vyhnout se predátorům.”

Vědci se domnívají, že protože toto nové složeného oka může detekovat 3D polohu objektu, může být použit pro malé roboty, které vyžadují rychlou detekci z lehkých systémů. Tato nová technologie může také pomoci vědcům lépe pochopit hmyz. 

Dalším krokem pro vědce je umístit lokalizační algoritmus do různých platforem, jako jsou integrované obvody, aby systém mohl být použit v jiných zařízeních. Také chtějí být schopni hromadně vyrábět složenými očima, aby snížili náklady.