Onderzoekers ontwikkelen amfibisch kunstmatig zichtsysteem

Kunstmatige zichtsystemen worden in verschillende industrieën gebruikt voor een breed scala aan toepassingen, zoals autonome voertuigen, objectdetectie en slimme camera’s. Deze systemen worden vaak geïnspireerd door biologische organismen, maar huidige kunstmatige zichtsystemen hebben verschillende beperkingen. Ten eerste zijn ze meestal niet geschikt voor het maken van beelden in zowel land- als wateromgevingen. Ze zijn ook meestal beperkt tot een hemisferisch gezichtsveld (FOV).

Nieuw kunstmatig zichtsysteem

Een team van onderzoekers uit Korea en de Verenigde Staten heeft zich ingespannen om deze beperkingen te overwinnen door een nieuw kunstmatig zichtsysteem met een omnidirectionele beeldvorming te ontwerpen, dat werkt in zowel aquatische als terrestrische omgevingen.

De studie werd gepubliceerd in het tijdschrift Nature Electronics.

Professor Young Min Song van de Gwangju Institute of Science and Technology in Korea was betrokken bij het onderzoek.

“Onderzoek naar bio-geïnspireerd zicht leidt vaak tot een nieuw ontwikkeling die nog niet bestond. Dit maakt het mogelijk om dieper in de natuur te kijken en ervoor te zorgen dat het ontwikkelde beeldvormingssysteem zowel structureel als functioneel effectief is,” zegt prof. Song.

Geïnspireerd door de natuur

Het team haalde inspiratie uit de viddlerkrab, een terrestrische krabsoort met amfibische beeldvorming en een 360 graden gezichtsveld. De krab heeft deze eigenschappen dankzij zijn ellipsvormige oogsteel van zijn samengestelde ogen, die panoramische beeldvorming mogelijk maken. Het heeft ook platte hoornvliezen met een gegradeerd brekingsindexprofiel, wat amfibische beeldvorming mogelijk maakt.

De onderzoekers ontwikkelden een zichtsysteem met een array van platte micro-lenzen met een gegradeerd brekingsindexprofiel, dat geïntegreerd was in een flexibele siliciumfotodiode-array. Het werd vervolgens gemonteerd op een bolvormige structuur.

De gegradeerde brekingsindex en het platte oppervlak van de micro-lens werden geoptimaliseerd om de defocusseffecten te compenseren die worden veroorzaakt door veranderingen in de externe omgeving. Dit kan complex en verwarrend klinken, maar het team zegt dat het kan worden beschouwd als het maken van lichtstralen die door verschillende media reizen om op hetzelfde punt te focussen.

Testen van het systeem

Het team zette zich vervolgens in om de mogelijkheden van het systeem te testen. Ze voerden optische simulaties en beeldvormingsdemonstraties uit in lucht en water, en amfibische beeldvorming werd uitgevoerd door het apparaat half in water onder te dompelen. De door het systeem gegenereerde beelden waren duidelijk, en het team kon aantonen dat het systeem een panoramisch gezichtsveld van 300 graden horizontaal en 160 graden verticaal had in zowel lucht als water. De bolvormige bevestiging had een diameter van slechts 2 centimeter, waardoor het systeem compact en draagbaar was.

“Ons zichtsysteem kan de weg vrijmaken voor 360° omnidirectionele camera’s met toepassingen in virtuele of versterkte realiteit of een all-weerzicht voor autonome voertuigen,” zegt prof. Song.