Onderzoekers creëren samengestelde ogen gebaseerd op insecten

Onderzoekers van de Tianjin University in China hebben een nieuw biologisch geïnspireerd samengesteld oog ontwikkeld. Het zal worden gebruikt om wetenschappers te helpen een beter begrip te krijgen van hoe insecten hun samengestelde ogen gebruiken om objecten en trajecten extreem snel te detecteren. De onderzoekers onderzoeken ook hoe ze het kunnen gebruiken met een camera om 3D-locatiesystemen te creëren voor robots, zelfrijdende auto’s en onbemande luchtvaartuigen.

Het nieuwe biologisch geïnspireerde samengestelde oog werd gerapporteerd in het tijdschrift van de Optical Society (OSA) Optics Letters. Het ziet eruit als een insect en werkt ook als een insect. De samengestelde ogen van insecten bestaan uit honderden tot duizenden ommatidia, of herhalende eenheden. Elk van hen fungeert als een afzonderlijke visuele receptor.

Le Song, een lid van het onderzoeksteam, sprak over het nieuwe project.

“Het imiteren van het visuele systeem van insecten heeft ons doen geloven dat ze de traject van een object kunnen detecteren op basis van de lichtintensiteit die van dat object komt, in plaats van het gebruik van precieze beelden zoals het menselijk zicht,” zei Le Song. “Deze bewegingsdetectiemethode vereist minder informatie, waardoor het insect snel kan reageren op een bedreiging.”

De onderzoekers creëerden 169 microlenzen op het oppervlak van het samengestelde oog door middel van een methode genaamd single point diamond turning. De microlens had een straal van ongeveer 1mm, en dit creëerde een component dat ongeveer 20mm was. Het kon objecten detecteren vanuit een 90-graden gezichtsveld.

Een van de problemen die onderzoekers tegenkomen bij het creëren van een samengesteld oog is dat beeld detectors plat blijven, terwijl het oppervlak van het samengestelde oog gebogen is. Ze losten dit op door een lichtgeleider tussen de gebogen lens en een beeld detector te plaatsen. Door dit te doen, kon het team het component in staat stellen om licht vanuit verschillende hoeken uniform te ontvangen.

“De uniforme lichtontvangst van ons biologisch geïnspireerde samengestelde oog is meer vergelijkbaar met biologische samengestelde ogen en imiteert de biologische mechanisme beter dan eerdere pogingen om een samengesteld oog te repliceren,” zei Song.

Wanneer het gaat om het meten van 3D-trajecten, plaatsten de onderzoekers roosters op elk oogje van het samengestelde oog om de locatie te helpen detecteren. LED-lichtbronnen werden vervolgens op verschillende afstanden en richtingen geplaatst. Het samengestelde oog gebruikte een algoritme om de 3D-locatie van de LED’s te berekenen met behulp van de locatie en intensiteit van het licht.

Het samengestelde oog kon de 3D-locatie van een object zeer snel detecteren. Het enige probleem was dat wanneer de lichtbronnen ver weg waren, de locatie-accuraatheid afnam. Dit kan de reden zijn dat de meeste insecten bijziend zijn.

“Dit ontwerp stelde ons in staat om te bewijzen dat het samengestelde oog een objectlocatie kon identificeren op basis van zijn helderheid in plaats van een complex beeldproces,” zei Song. “Dit zeer gevoelige mechanisme past heel goed bij de verwerkingscapaciteit van het insectenbrein en helpt hen om roofdieren te vermijden.”

De onderzoekers geloven dat omdat dit nieuwe samengestelde oog een objectlocatie in 3D kan detecteren, het kan worden gebruikt voor kleine robots die snelle detectie van lichte systemen vereisen. Deze nieuwe technologie kan ook helpen om insecten beter te begrijpen.

De volgende stap voor de wetenschappers is om het localisatie-algoritme in verschillende platforms te plaatsen, zoals geïntegreerde schakelingen, zodat het systeem kan worden gebruikt in andere apparaten. Ze willen ook in staat zijn om de samengestelde ogen in massa te produceren om de kosten te verlagen.