곤충 기반의 복합안 개 발

중국 천진 대학의 연구자들은 생물학적으로 영감을 받은 새로운 복합안을 개발했다. 이것은 곤충이 어떻게 복합안을 사용하여 물체와 궤적을 매우 빠르게 감지하는지 더 잘 이해하는 데 도움이 될 것이다. 연구자들은 또한 로봇, 자율 주행 자동차, 무인 항공기를 위한 3D 위치 시스템을 만들기 위해 카메라와 함께 사용하는 방법을 살펴보고 있다.

새로운 생물학적으로 영감을 받은 복합안은 Optical Society (OSA) 저널 Optics Letters에 보고되었다. 이것은 곤충과 비슷하게 보이고 작동한다. 곤충의 복합안은 수백 개에서 수천 개의 ommatidia 또는 반복 단위로 구성되어 있다. 각 단위는 별도의 시각 수용체로 작동한다.

연구 팀의 일원인 Le Song은 새로운 프로젝트에 대해 말했다.

“곤충의 시각 시스템을 모방하는 것은 그들이 물체의 궤적을 정확한 이미지 대신 물체에서 오는 빛의 강度에 따라 감지할 수 있을 것이라고 믿게 한다”라고 Le Song은 말했다. “이 동작 감지 방법은 정보를 덜 필요로 하므로 곤충이 위협에 신속하게 반응할 수 있다.”

연구자들은 단일 점 다이아몬드 터닝이라는 방법을 통해 복합안의 표면에 169개의 미세 렌즈를 만들었다. 미세 렌즈의 반지름은 약 1mm였으며, 이는 약 20mm인 구성 요소를 만들었다. 이것은 90도 필드의 시야에서 물체를 감지할 수 있었다.

연구자들이 복합안을 만들 때 직면하는 문제 중 하나는 이미지 감지기가 평면에 있으면서 복합안의 표면이 곡선이라는 것이다. 그들은 곡선 렌즈와 이미지 감지기 사이에 광 가이드를 배치함으로써 이 문제를 해결했다. 이렇게 함으로써 팀은 구성 요소가 균일하게 빛을 받을 수 있도록 했다.

“우리의 생물학적으로 영감을 받은 복합안의 균일한 빛 수신 능력은 이전의 복합안 복제 시도보다 생물학적 복합안과 더 유사하며 생물학적 메커니즘을 더 잘 모방한다”라고 Song은 말했다.

3D 궤적을 측정할 때 연구자들은 복합안의 각 눈에 격자를 배치하여 위치를 감지하는 데 도움이 된다. LED 광원은 서로 다른 거리와 방향에 배치되었다. 복합안은 위치와 광도에 따라 LED의 3D 위치를 계산하는 알고리즘을 사용했다.

복합안은 물체의 3D 위치를 매우 빠르게 감지할 수 있었다. 하나의 문제는 광원이 멀리 떨어져 있을 때 위치 정확도가 감소하는 것이었다. 이것은 대부분의 곤충이 근시임을 설명할 수 있다.

“이 설계는 복합안이 복잡한 이미지 처리 대신 밝기 기반으로 물체의 위치를 식별할 수 있음을 보여주었다”라고 Song은 말했다. “이 매우 민감한 메커니즘은 곤충의 뇌 처리 능력과 매우 잘 일치하며 포식자로부터 피하는 데 도움이 된다.”

연구자들은 이 새로운 복합안이 물체의 3D 위치를 감지할 수 있으므로 작은 로봇에서 빠른 감지를 요구하는 가벼운 시스템에 사용할 수 있을 것이라고 믿는다. 이 새로운 기술은 또한 곤충을 더 잘 이해하는 데 도움이 될 수 있다.

과학자들의 다음 단계는 시스템을 다른 플랫폼, 즉 집적 회로에 로컬라이제이션 알고리즘을 넣는 것이다.这样하면 시스템을 다른 기기에 사용할 수 있다. 또한 복합안을 대량 생산하여 비용을 줄이려 한다.