Ερευνητές Δημιουργούν Συμπλόκο Ματιού Βασισμένο σε Έντομα

Ερευνητές από το Πανεπιστήμιο Tianjin στην Κίνα έχουν αναπτύξει ένα νεοδημιουργημένο βιολογικά εμπνευσμένο συμπλόκο ματιού. Θα χρησιμοποιηθεί για να βοηθήσει τους επιστήμονες να κατανοήσουν καλύτερα πώς τα έντομα χρησιμοποιούν τα συμπλόκα μάτια τους για να ανιχνεύσουν αντικείμενα και τροχιές εξαιρετικά γρήγορα. Οι ερευνητές εξετάζουν επίσης πώς να το χρησιμοποιήσουν με μια κάμερα για να δημιουργήσουν συστήματα τοποθεσίας 3D για ρομπότ, αυτονομούς οδηγούς και μη επανδρωμένα αεροπορικά οχήματα. 

Το νέο βιο-εμπνευσμένο συμπλόκο ματιού αναφέρθηκε στο περιοδικό Optics Letters της Optical Society (OSA). Έχει την εμφάνιση ενός εντόμου και λειτουργεί όπως ένα. Τα συμπλόκα μάτια των εντόμων αποτελούνται από εκατοντάδες έως χιλιάδες ομματίδια ή επαναλαμβανόμενες μονάδες. Κάθε μία από αυτές λειτουργεί ως ξεχωριστός οπτικός υποδοχέας. 

Ο Le Song, μέλος της ερευνητικής ομάδας, μίλησε για το νέο έργο. 

“Η μίμηση του οπτικού συστήματος των εντόμων μας οδήγησε στο συμπέρασμα ότι μπορεί να ανιχνεύσουν την τροχιά ενός αντικειμένου με βάση την ένταση του φωτός που προέρχεται από αυτό το αντικείμενο και όχι χρησιμοποιώντας ακριβείς εικόνες όπως η ανθρώπινη όραση”, είπε ο Le Song. “Αυτή η μέθοδος ανίχνευσης κίνησης απαιτεί λιγότερες πληροφορίες, επιτρέποντας στο έντομο να αντιδρά γρήγορα σε μια απειλή.”

Οι ερευνητές δημιούργησαν 169 μικροφακούς στην επιφάνεια του συμπλόκου ματιού μέσω μιας μεθόδου που ονομάζεται σχήμα διαμαντιού. Ο μικροφακός είχε ακτίνα περίπου 1mm, και αυτό δημιούργησε ένα συστατικό που ήταν περίπου 20mm. Μπορούσε να ανιχνεύσει αντικείμενα από ένα πεδίο όρασης 90 μοιρών. 

Ένα από τα προβλήματα που αντιμετωπίζουν οι ερευνητές κατά την δημιουργία ενός συμπλόκου ματιού είναι ότι οι ανιχνευτές εικόνας παραμένουν επίπεδοι ενώ η επιφάνεια του συμπλόκου ματιού είναι καμπυλωτή. Γύρισαν γύρω από αυτό τοποθετώντας einen οδηγό φωτός μεταξύ του καμπυλωτού φακού και ενός ανιχνευτή εικόνας. Με αυτόν τον τρόπο, η ομάδα ήταν σε θέση να ενεργοποιήσει το συστατικό να λαμβάνει φως από διαφορετικές γωνίες ομοιόμορφα. 

“Η ικανότητα ομοιόμορφης λήψης φωτός του βιο-εμπνευσμένου μας συμπλόκου ματιού είναι πιο παρόμοια με τα βιολογικά συμπλόκα μάτια και μιμείται καλύτερα το βιολογικό μηχανισμό από τις προηγούμενες προσπάθειες αναπαραγωγής ενός συμπλόκου ματιού”, είπε ο Song.

Όταν πρόκειται για τη μέτρηση της 3D τροχιάς, οι ερευνητές τοποθέτησαν πλέγματα σε κάθε οφθαλμό του συμπλόκου ματιού για να βοηθήσουν στην ανίχνευση της τοποθεσίας. Πηγές φωτός LED τοποθετήθηκαν σε διαφορετικές αποστάσεις και κατευθύνσεις. Το συμπλόκο ματιού χρησιμοποίησε einen αλγόριθμο για να υπολογίσει την 3D τοποθεσία των LED χρησιμοποιώντας την τοποθεσία και την ένταση του φωτός. 

Το συμπλόκο ματιού ήταν σε θέση να ανιχνεύσει την 3D τοποθεσία ενός αντικειμένου πολύ γρήγορα. Το μόνο πρόβλημα ήταν ότι όταν οι πηγές φωτός ήταν μακρυά, η ακρίβεια της τοποθεσίας μειώθηκε. Αυτό θα μπορούσε να είναι ο λόγος που τα περισσότερα έντομα είναι μυωπικά. 

“Αυτός ο σχεδιασμός μας επέτρεψε να αποδείξουμε ότι το συμπλόκο ματιού θα μπορούσε να αναγνωρίσει την τοποθεσία ενός αντικειμένου με βάση την φωτεινότητά του αντί για μια σύνθετη διαδικασία εικόνας”, είπε ο Song. “Αυτός ο υψηλά ευαίσθητος μηχανισμός ταιριάζει πολύ καλά στην ικανότητα επεξεργασίας του εγκεφάλου των εντόμων και τους βοηθά να αποφεύγουν τους θηρευτές.”

Οι ερευνητές πιστεύουν ότι επειδή αυτό το νέο συμπλόκο ματιού μπορεί να ανιχνεύσει την 3D τοποθεσία ενός αντικειμένου, θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για μικρά ρομπότ που απαιτούν γρήγορη ανίχνευση από ελαφριά συστήματα. Αυτή η νέα τεχνολογία μπορεί επίσης να βοηθήσει τους επιστήμονες να κατανοήσουν καλύτερα τα έντομα. 

Ο επόμενος βήμα για τους επιστήμονες είναι να τοποθετήσουν τον αλγόριθμο τοποθεσίας σε διαφορετικές πλατφόρμες, όπως ολοκληρωμένα κυκλώματα, ώστε το σύστημα να μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε άλλα συσκευές. Θέλουν επίσης να μπορέσουν να παράγουν μαζικά τα συμπλόκα μάτια για να μειώσουν το κόστος.