Forscher entwickeln amphibisches künstliches Sehsystem

Künstliche Sehsysteme werden in verschiedenen Branchen für eine Vielzahl 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 mehrere 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 Vereinigten Staaten machte sich daran, diese Einschränkungen zu überwinden, indem sie ein neues künstliches Sehsystem mit einer omnidirektionalen Bildfähigkeit 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. 

Inspiration aus der Natur

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

Die Forscher entwickelten ein Sehsystem mit einem Array von flachen Mikrolinsen mit einem graduierten Brechungsindexprofil, 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 Mikrolinse wurden optimiert, um die Entfokussierungs-Effekte auszugleichen, die durch Änderungen in der externen Umgebung verursacht werden. Dies kann komplex und verwirrend klingen, aber das Team sagt, es kann als Lichtstrahlen betrachtet werden, die in verschiedenen Medien auf dem gleichen Punkt fokussieren. 

Testen des Systems

Das Team machte sich dann daran, die Fähigkeiten des Systems zu testen. Sie führten optische Simulationen und Bildgebungs-Demonstrationen in Luft und Wasser durch, und amphibische Bildgebung 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 hatte einen Durchmesser von nur 2 Zentimetern, was das System kompakt und portabel macht. 

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