Forskere skaber sammensat øje baseret på insekter

Forskere fra Tianjin University i Kina har udviklet et nyt biologisk inspireret sammensat øje. Det vil blive brugt til at hjælpe videnskabsmænd med at få en bedre forståelse af, 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. De sammensatte øjne hos insekter 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 registrerer objekters bane baseret på lysintensiteten fra objektet snarere end ved at bruge præcise billeder som menneskesyn,” 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.

En af de problemer, som forskere støder på, når de skaber et sammensat øje, er, at billed-detektorer bliver flade, mens overfladen af det sammensatte øje er kurvet. De fik omgået dette ved at placere en lysleder mellem den kurvede linse og en billed-detektor. 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 replikere et sammensat øje,” sagde Song.

Når det kommer til at måle 3D-banen, satte forskerne gitter på hvert øje af det sammensatte øje for at hjælpe med at registrere placeringen. 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 identificere et objekts placering baseret på dets lysstyrke snarere end en kompleks billedbehandling,” sagde Song. “Denne højtsensitive mekanisme passer insekternes hjerneprocesserings-evne meget godt og hjælper dem med at undgå rovdyr.”

Forskerne mener, at fordi dette nye sammensatte øje kan registrere et objekts 3D-placering, kan det blive brugt til små robotter, der kræver hurtig registrering fra letvægtssystemer. Denne nye teknologi kan også hjælpe videnskabsmænd med at forstå insekter bedre.

Næste skridt for videnskabsmændene er at indsætte lokaliseringsalgoritmen i forskellige platforme, som f.eks. integrerede kredsløb, så systemet kan blive brugt i andre enheder. De vil også gerne kunne masseproducere de sammensatte øjne for at reducere omkostningerne.