Forscher entwickeln amphibisches künstliches Sehsystem

Künstliche Sehsysteme werden in verschiedenen Branchen für eine breite Palette von Anwendungen eingesetzt, wie z.B. autonome Fahrzeuge, Objekterkennung und intelligente Kameras. Diese Systeme sind oft von biologischen Organismen inspiriert, aber aktuelle künstliche Sehsysteme haben einige Einschränkungen. Zum einen sind sie normalerweise nicht geeignet für die Abbildung sowohl von Land- als auch von Unterwasserumgebungen. Sie sind auch normalerweise auf ein hemisphärisches Sichtfeld (FOV) beschränkt.

Neues künstliches Sehsystem

Ein Team von Forschern aus Korea und den USA hat sich daran gemacht, diese Einschränkungen zu überwinden, indem sie ein neues künstliches Sehsystem mit einer omnidirektionalen Abbildungsfähigkeit entwarfen, das in beiden aquatischen und terrestrischen Umgebungen funktioniert.

Die Studie wurde in der Zeitschrift Nature Electronics veröffentlicht.

Professor Young Min Song vom Gwangju Institute of Science and Technology in Korea war an der Arbeit beteiligt.

“Forschung in bio-inspirierter Sicht führt oft zu einer neuen Entwicklung, die es vorher nicht gab. Dies ermöglicht ein tieferes Verständnis der Natur und stellt sicher, dass das entwickelte Bildgebungsgerät sowohl strukturell als auch funktional effektiv ist”, sagt Prof. Song.

Inspiriert von der Natur

Das Team ließ sich von der Fiddler-Krabbe inspirieren, einer terrestrischen Krabbenart mit amphibischer Abbildungsfähigkeit und einem 360-Grad-Sichtfeld. Die Krabbe hat diese Merkmale dank ihres ellipsoidal geformten Augenstieles ihrer zusammengesetzten Augen, die eine panoramische Abbildung ermöglichen. Sie hat auch flache Corneas mit einem graduierten Brechungsindex-Profil, das eine amphibische Abbildung ermöglicht.

Die Forscher entwickelten ein Sehsystem mit einem Array von flachen Mikrolinsen mit einem graduierten Brechungsindex-Profil, das in ein flexibles Silizium-Photodioden-Array integriert wurde. Es wurde dann auf eine sphärische Struktur montiert.

Der graduierte Brechungsindex und die flache Oberfläche der Mikrolinsen wurden optimiert, um die Entfokussierungseffekte zu kompensieren, die durch Änderungen in der externen Umgebung verursacht werden. All dies kann komplex und verwirrend klingen, aber das Team sagt, es kann als Lichtstrahlen, die in verschiedenen Medien reisen, um am gleichen Punkt zu fokussieren, betrachtet werden.

Testen des Systems

Das Team hat sich dann daran gemacht, die Fähigkeiten des Systems zu testen. Sie führten optische Simulationen und Abbildungsdemonstrationen in Luft und Wasser durch, und eine amphibische Abbildung wurde durchgeführt, indem das Gerät halb in Wasser getaucht wurde. Die vom System erzeugten Bilder waren klar, und das Team konnte demonstrieren, dass das System ein panoramisches Sichtfeld von 300 Grad horizontal und 160 Grad vertikal in Luft und Wasser hatte. Die sphärische Montage maß nur 2 Zentimeter im Durchmesser, was half, das System kompakt und portabel zu machen.

“Unser Sehsystem könnte den Weg für 360°-Omnidirektionskameras mit Anwendungen in virtueller oder erweiterter Realität oder einer wetterunabhängigen Sicht für autonome Fahrzeuge ebnen”, sagt Prof. Song.