Ερευνητές Δημιουργούν Συμπλεγμένο Μάτι Βασισμένο σε Έντομα

Ερευνητές από το Πανεπιστήμιο Tianjin στην Κίνα έχουν αναπτύξει ένα νέο βιομιμητικό συμπλεγμένο μάτι. Θα χρησιμοποιηθεί για να βοηθήσει τους επιστήμονες να κατανοήσουν καλύτερα πώς τα έντομα χρησιμοποιούν τα συμπλεγμένα μάτια τους για να ανιχνεύουν αντικείμενα και τροχιές εξαιρετικά γρήγορα. Οι ερευνητές εξετάζουν επίσης πώς να το χρησιμοποιήσουν με μια κάμερα για να δημιουργήσουν συστήματα τοποθέτησης 3D για ρομπότ, αυτοκίνητα χωρίς οδηγό και αεροσκάφη بدون πιλότο.

Το νέο βιομιμητικό συμπλεγμένο μάτι αναφέρθηκε στο περιοδικό της Optical Society (OSA) Optics Letters. Έχει την εμφάνιση ενός εντόμου και λειτουργεί όπως ένα έντομο. Τα συμπλεγμένα μάτια των εντόμων αποτελούνται από εκατοντάδες έως χιλιάδες ομματίδια, ή επαναλαμβανόμενες μονάδες. Κάθε μια από αυτές τις μονάδες λειτουργεί ως ξεχιστός οπτικός υποδοχέας.

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

“Η μίμηση του οπτικού συστήματος των εντόμων μας οδήγησε στο συμπέρασμα ότι μπορεί να ανιχνεύουν 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 συμπλεγμένου ματιού μέσω μιας μεθόδου που ονομάζεται σκαλιστή 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 όταν δημιουργούν ένα συμπλεγμένο μάτι είναι ότι οι ανιχνευτές εικόνας παραμένουν επίπεδες ενώ η επιφάνεια του συμπλεγμένου ματιού είναι καμπυλωτή. Γύρισαν γύρω από αυτό το πρόβλημα 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 ομοιόμορφη ικανότητα λήψης φωτός του βιομιμητικού μας συμπλεγμένου ματιού είναι πιο παρόμοια με τα βιολογικά συμπλεγμένα μάτια και μιμείται καλύτερα το βιολογικό μηχανισμό από τις προηγούμενες προσπάθειες αναπαράστασης ενός συμπλεγμένου ματιού”, είπε ο Song.

Όταν πρόκειται για τη μέτρηση της 3D τροχιάς, οι ερευνητές τοποθέτησαν πλέγματα σε κάθε οφθαλμίδα του συμπλεγμένου ματιού για να βοηθήσουν στην ανίχνευση της τοποθεσίας. Πηγές φωτός LED τοποθετήθηκαν σε διαφορετικές αποστάσεις και διευθύνσεις. Το συμπλεγμένο μάτι χρησιμοποίησε einen αλγόριθμο για να υπολογίσει την 3D τοποθεσία των LED με βάση την τοποθεσία και την ένταση του φωτός.

Το συμπλεγμένο μάτι 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 μειωνόταν. Αυτό μπορεί να είναι ο λόγος που τα περισσότερα έντομα είναι μυωπικά.

“Αυτός ο σχεδιασμός μας επέτρεψε να αποδείξουμε ότι το συμπλεγμένο μάτι μπορεί να αναγνωρίσει την τοποθεσία ενός αντικειμένου με βάση την φωτεινότητά του και όχι μια σύνθετη διαδικασία εικόνας”, είπε ο Song. “Αυτός ο εξαιρετικά ευαίσθητος μηχανισμός ταιριάζει πολύ καλά με την επεξεργασία του εγκεφάλου των εντόμων και τους βοηθά να αποφεύγουν τους θηρευτές.”

Οι ερευνητές πιστεύουν ότι επειδή αυτό το νέο συμπλεγμένο μάτι μπορεί να ανιχνεύσει την 3D τοποθεσία ενός αντικειμένου, μπορεί 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 βήμας 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 συμπλεγμένα μάτια για να μειώσουν το κόστος.