Forscher entwickeln ein auf Insekten basierendes Facettenauge

Forscher der Tianjin-Universität in China haben ein neu entwickeltes, biologisch inspiriertes Facettenauge geschaffen. Es soll dazu beitragen, dass Wissenschaftler ein besseres Verständnis dafür erlangen, wie Insekten ihre Facettenaugen nutzen, um Objekte und Traektorien extrem schnell wahrzunehmen. Die Forscher untersuchen auch, wie es mit einer Kamera verwendet werden kann, um 3D-Ortungssysteme für Roboter, selbstfahrende Autos und unbemannte Luftfahrzeuge zu erstellen.

Das neue bio-inspirierte Facettenauge wurde im Journal der Optical Society (OSA) Optics Letters veröffentlicht. Es sieht nicht nur wie ein Insektenauge aus, sondern funktioniert auch wie eines. Die Facettenaugen von Insekten bestehen aus hunderten bis tausenden Ommatidien oder wiederkehrenden Einheiten. Jede davon wirkt als separates visuelles Rezeptor.

Le Song, ein Mitglied des Forschungsteams, sprach über das neue Projekt.

“Die Nachahmung des Sehsystems von Insekten hat uns dazu gebracht, zu glauben, dass sie möglicherweise die Traektorie eines Objekts basierend auf der Lichtintensität, die von diesem Objekt ausgeht, und nicht durch präzise Bilder wie beim menschlichen Sehen erkennen”, sagte Le Song. “Diese Bewegungserkennungsmethode erfordert weniger Informationen, sodass das Insekt schnell auf eine Bedrohung reagieren kann.”

Die Forscher schufen 169 Mikrolinsen auf der Oberfläche des Facettenauges durch ein Verfahren namens Single-Point-Diamant-Drehen. Die Mikrolinse hatte einen Radius von etwa 1 mm, was eine Komponente von etwa 20 mm ergab. Sie konnte Objekte aus einem 90-Grad-Blickwinkel erkennen.

Eines der Probleme, auf die Forscher bei der Erstellung eines Facettenauges stoßen, ist, dass Bild-detektoren flach bleiben, während die Oberfläche des Facettenauges gekrümmt ist. Sie umgingen dies, indem sie einen Lichtleiter zwischen der gekrümmten Linse und einem Bild-Detektor platzierten. Durch diese Maßnahme konnte das Team die Komponente so gestalten, dass sie Licht aus verschiedenen Winkeln gleichmäßig empfangen kann.

“Die gleichmäßige Licht-Empfangsfähigkeit unseres bio-inspirierten Facettenauges ist unserem biologischen Facettenauge ähnlicher und ahmt den biologischen Mechanismus besser nach als vorherige Versuche, ein Facettenauge nachzubilden”, sagte Song.

Wenn es um die Messung der 3D-Traektorie geht, platzierten die Forscher Gitter auf jedem Augenstück des Facettenauges, um die Position zu erkennen. LED-Lichtquellen wurden dann in verschiedenen Entfernungen und Richtungen platziert. Das Facettenauge verwendete einen Algorithmus, um die 3D-Position der LEDs mithilfe der Position und Intensität des Lichts zu berechnen.

Das Facettenauge konnte die 3D-Position eines Objekts sehr schnell erkennen. Das einzige Problem war, dass die Positionsgenauigkeit abnahm, wenn die Lichtquellen weit entfernt waren. Dies könnte der Grund dafür sein, dass die meisten Insekten kurzsichtig sind.

“Dieses Design ermöglichte es uns, zu beweisen, dass das Facettenauge die Position eines Objekts basierend auf seiner Helligkeit und nicht durch einen komplexen Bildprozess erkennen kann”, sagte Song. “Dieser hochsensible Mechanismus eignet sich sehr gut für die Gehirnverarbeitungsfähigkeit von Insekten und hilft ihnen, Raubtieren auszuweichen.”

Die Forscher glauben, dass dieses neue Facettenauge aufgrund seiner Fähigkeit, die 3D-Position eines Objekts zu erkennen, für kleine Roboter verwendet werden kann, die eine schnelle Erkennung von leichten Systemen erfordern. Diese neue Technologie kann auch dazu beitragen, dass Wissenschaftler Insekten besser verstehen.

Der nächste Schritt für die Wissenschaftler ist, den Lokalisierungsalgorithmus in verschiedene Plattformen wie integrierte Schaltkreise zu integrieren, damit das System in anderen Geräten verwendet werden kann. Sie möchten auch in der Lage sein, die Facettenaugen massenhaft herzustellen, um die Kosten zu senken.