Forscher entwickeln ein Insektenäquivalent für ein zusammengesetztes Auge

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

Das neue, bio-inspirierte zusammengesetzte Auge wurde im Journal der Optical Society (OSA) Optics Letters veröffentlicht. Es sieht nicht nur wie ein Insektenauge aus, sondern funktioniert auch wie eines. Die zusammengesetzten Augen von Insekten bestehen aus hunderten bis tausenden Ommatidien oder wiederholten Einheiten. Jede davon wirkt als ein 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 Bahn eines Objekts basierend auf der Lichtintensität, die von diesem Objekt ausgeht, und nicht durch präzise Bilder wie das menschliche Sehen erkennen”, sagte Le Song. “Diese Bewegungserkennungsmethode erfordert weniger Informationen, was es dem Insekt ermöglicht, schnell auf eine Bedrohung zu reagieren.”

Die Forscher haben 169 Mikrolinsen auf der Oberfläche des zusammengesetzten Auges durch ein Verfahren namens Single-Point-Diamant-Drehen erstellt. Die Mikrolinse hatte einen Radius von etwa 1 mm, was ein Bauteil mit einer Größe von etwa 20 mm ergab. Es konnte Objekte aus einem 90-Grad-Blickwinkel erkennen.

Eines der Probleme, auf die Forscher bei der Erstellung eines zusammengesetzten Auges stoßen, ist, dass Bild-detektoren flach bleiben, während die Oberfläche des zusammengesetzten Auges gekrümmt ist. Sie haben dieses Problem gelöst, indem sie einen Lichtleiter zwischen der gekrümmten Linse und einem Bild-Detektor platzierten. Durch diese Maßnahme konnte das Team es ermöglichen, dass das Bauteil Licht aus verschiedenen Winkeln gleichmäßig empfängt.

“Die gleichmäßige Lichtempfangsfähigkeit unseres bio-inspirierten zusammengesetzten Auges ist der biologischen zusammengesetzten Augen ähnlicher und ahmt den biologischen Mechanismus besser nach als vorherige Versuche, ein zusammengesetztes Auge nachzubilden”, sagte Song.

Wenn es um die Messung der 3D-Bahn geht, haben die Forscher Gitter auf jedes Augenstück des zusammengesetzten Auges aufgetragen, um die Ortung zu helfen. LED-Lichtquellen wurden dann in verschiedenen Entfernungen und Richtungen platziert. Das zusammengesetzte Auge verwendete einen Algorithmus, um die 3D-Ortung der LEDs unter Verwendung der Position und Intensität des Lichts zu berechnen.

Das zusammengesetzte Auge konnte die 3D-Ortung eines Objekts sehr schnell erkennen. Das einzige Problem war, dass die Ortungsgenauigkeit verringert wurde, 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 zusammengesetzte Auge die Position eines Objekts basierend auf seiner Helligkeit und nicht auf einem komplexen Bildprozess erkennen kann”, sagte Song. “Dieser hochsensible Mechanismus eignet sich sehr gut für die Verarbeitungsfähigkeit des Insektengehirns und hilft ihnen, Raubtiere zu vermeiden.”

Die Forscher glauben, dass dieses neue zusammengesetzte Auge, da es die 3D-Ortung eines Objekts erkennen kann, für kleine Roboter verwendet werden kann, die eine schnelle Erkennung aus leichten Systemen erfordern. Diese neue Technologie kann auch dazu beitragen, dass Wissenschaftler Insekten besser verstehen.

Der nächste Schritt für die Wissenschaftler ist, den Ortungsalgorithmus auf verschiedene Plattformen wie integrierte Schaltkreise zu übertragen, damit das System in anderen Geräten verwendet werden kann. Sie möchten auch in der Lage sein, die zusammengesetzten Augen in großen Mengen herzustellen, um die Kosten zu senken.