Forskere skaber sammensat øje baseret på insekter

Forskere fra Tianjin University i Kina har udviklet et nyt biologisk inspireret sammensat øje. Det skal bruges til at hjælpe forskerne med at forstå, hvordan insekter bruger deres sammensatte øjne til at registrere objekter og baner ekstremt hurtigt. Forskerne ser også på, hvordan de kan bruge det sammen med en kamera til at skabe 3D-placeringssystemer til robotter, selv kørende biler og ubemandede luftfartøjer.

Det nye bio-inspirerede sammensatte øje blev rapporteret i Optical Society (OSA) tidsskrift Optics Letters. Det ligner både et insekt og fungerer som et. Insekternes sammensatte øjne består af hundredvis til tusindvis af ommatidier, eller gentagne enheder. Hver af dem fungerer som en separat visuel receptor.

Le Song, en medlem af forskningsholdet, talte om det nye projekt.

“At efterligne insekternes synssystem har ført os til at tro, at de måske kan registrere en objekts bane baseret på lysintensiteten fra det objekt i stedet for at bruge præcise billeder som menneskersyn,” sagde Le Song. “Denne bevægelsesregistreringsmetode kræver mindre information, hvilket giver insektet mulighed for at reagere hurtigt på en trussel.”

Forskerne skabte 169 mikrolinsen på overfladen af det sammensatte øje gennem en metode kaldet single point diamond turning. Mikrolinsen havde en radius på omkring 1 mm, og dette skabte en komponent, der var omkring 20 mm. Den kunne registrere objekter fra en 90-graders synsfelt.

Et af problemerne, som forskerne støder på, når de skaber et sammensat øje, er, at billedetektorer forbliver flade, mens overfladen af det sammensatte øje er kurvet. De fik omgået dette ved at placere en lysleder mellem den kurvede linse og en billedetektor. Ved at gøre dette kunne holdet aktivere komponenten til at modtage lys fra forskellige vinkler ensartet.

“Denne ensartede lysmodtagelsesevne i vores bio-inspirerede sammensatte øje er mere lignende biologiske sammensatte øjne og efterligner den biologiske mekanisme bedre end tidligere forsøg på at genskabe et sammensat øje,” sagde Song.

Når det kommer til at måle 3D-baner, placerede forskerne net på hvert øje af det sammensatte øje for at hjælpe med at registrere placering. LED-lyskilder blev derefter placeret på forskellige afstande og retninger. Det sammensatte øje brugte en algoritme til at beregne 3D-placeringen af LED-lyskilderne ved hjælp af placeringen og intensiteten af lyset.

Det sammensatte øje kunne registrere 3D-placeringen af et objekt meget hurtigt. Det ene problem var, at når lysskilderne var langt væk, blev placeringens nøjagtighed reduceret. Dette kunne være årsagen til, at de fleste insekter er nærsynede.

“Denne design gjorde det muligt for os at bevise, at det sammensatte øje kunne registrere et objekts placering baseret på dets lysstyrke i stedet for en kompleks billedbehandling,” sagde Song. “Denne meget følsomme mekanisme passer insekternes hjerneprocesserings-evne meget godt og hjælper dem med at undgå rovdyr.”

Forskerne mener, at da dette nye sammensatte øje kan registrere et objekts 3D-placering, kan det bruges til små robotter, der kræver hurtig registrering fra letvægtsystemer. Denne nye teknologi kan også hjælpe forskerne med at forstå insekter bedre.

Det næste skridt for forskerne er at placere lokaliseringsalgoritmen i forskellige platforme, som integrerede kredsløb, så systemet kan bruges i andre enheder. De ønsker også at kunne masseproducere de sammensatte øjne for at reducere omkostningerne.