Tutkijat luovat hyönteisten silmän kaltaisen yhdistelmäsilmän

Kiinalaisen Tianjin-yliopiston tutkijat ovat kehittäneet uuden biologisesti inspiroidun yhdistelmäsilmän. Sen avulla tutkijat voivat parantaa ymmärrystään siitä, miten hyönteiset käyttävät yhdistelmäsilmiään havaitsemaan objekteja ja trajektoreita erittäin nopeasti. Tutkijat tutkivat myös sen käyttämistä kameran kanssa luodakseen 3D-sijaintijärjestelmiä roboteille, itseohjautuville autoille ja miehittämättömille lentokoneille.

Uusi bio-inspiroitu yhdistelmäsilmiä raportoitiin Optics Letters -julkaisussa. Se näyttää hyönteiseltä ja toimii kuin hyönteisen silmä. Hyönteisten yhdistelmäsilmissä on satoja tai tuhansia ommatidioita eli toistuvia yksiköitä, joista kunkin toimii erillisenä visuaalisena reseptorina.

Tutkimusryhmän jäsen Le Song puhui uudesta hankkeesta.

“Jäljittelemällä hyönteisten näköjärjestelmää, olemme tulleet siihen tulokseen, että ne voivat havaita objektin trajektorian sen lähettämän valon intensiteetin perusteella eikä tarkkaa kuvaa kuten ihmisen näkö”, Le Song sanoi. “Tämä liiketunnistusmenetelmä vaatii vähemmän tietoa, joten hyönteinen voi reagoida nopeasti uhkaan.”

Tutkijat loivat 169 mikrolinssiä yhdistelmäsilmin pinnalle yhden pisteen timanttiin perustuvalla menetelmällä. Mikrolinsseillä oli noin 1 mm säde, ja se loi noin 20 mm kokoinen komponentti, joka pystyi havaitsemaan objekteja 90 asteen näkökentästä.

Yksi ongelmista, joihin tutkijat törmäävät yhdistelmäsilmin luomisessa, on se, että kuvadetektorit ovat litteitä, kun taas yhdistelmäsilmin pinta on kaareva. He ratkaisivat tämän asettamalla valonjohtimen kaarevan linssin ja kuvadetektorin väliin. Tällä tavoin tiimi pystyi mahdollistamaan komponentin vastaanottamaan valoa eri kulmista yhdenmukaisesti.

“Tämä yhdenmukainen valonvastaanotto-ominaisuus meidän bio-inspiroidussa yhdistelmäsilmissä on enemmän biologisen yhdistelmäsilmin kaltainen ja jäljittelee biologista mekanismia paremmin kuin aiemmat yhdistelmäsilmin jäljittämisyritykset”, Song sanoi.

Kolmiulotteisen trajektorian mittaamiseksi tutkijat asettivat ruudut kunkin yhdistelmäsilmin silmänreikiin auttamaan sijainnin havaitsemisessa. LED-valolähteet sijoitettiin eri etäisyyksiin ja suuntiin. Yhdistelmäsilmiä käytettiin algoritmiin laskemaan LED-valojen 3D-sijaintia valon sijainnin ja intensiteetin perusteella.

Yhdistelmäsilmiä pystyi havaitsemaan objektin 3D-sijainnin erittäin nopeasti. Yksi ongelma oli, että kun valonlähteet olivat kaukana, sijaintitarkkuus väheni. Tämä saattaa olla syy siihen, miksi useimmat hyönteiset ovat lähinäköisiä.

“Tämä suunnittelu mahdollisti osoittaa, että yhdistelmäsilmiä voi tunnistaa objektin sijainnin sen kirkkauden perusteella eikä monimutkaisen kuvaprosessin kautta”, Song sanoi. “Tämä erittäin herkkä mekanismi sopii hyönteisten aivojen prosessointikykyyn erittäin hyvin ja auttaa niitä välttämään petoja.”

Tutkijat uskovat, että koska tämä uusi yhdistelmäsilmiä pystyy havaitsemaan objektin 3D-sijainnin, sitä voidaan käyttää pienissä roboteissa, jotka vaativat nopeaa havaitsemista kevyistä järjestelmistä. Tämä uusi teknologia voi myös auttaa tutkijoita ymmärtämään hyönteisiä paremmin.

Seuraava askel tutkijoille on asettaa lokalisaatioalgoritmi eri alustoille, kuten integroiduille piireille, jotta järjestelmää voidaan käyttää muissa laitteissa. He haluavat myös pystyä massatuottamaan yhdistelmäsilmiä alentamaan kustannuksia.