Forskere utvikler sammensatt øye basert på insekter

Forskere fra Tianjin University i Kina har utviklet et nytt biologisk inspirert sammensatt øye. Det vil bli brukt til å hjelpe forskerne med å forstå hvordan insekter bruker sine sammensatte øyne til å oppdage objekter og baner ekstremt raskt. Forskerne ser også på hvordan de kan bruke det sammen med en kamera til å lage 3D-plasseringssystemer for roboter, selvkjørende biler og ubemannede luftfartøy. 

Det nye bio-inspirerte sammensatte øyet ble rapportert i Optical Society (OSA) tidsskrift Optics Letters. Det ligner både på et insekt og fungerer som ett. De sammensatte øynene til insekter består av hundrevis til tusenvis av ommatidia, eller gjentakende enheter. Hver av dem fungerer som en separat visuell receptor. 

Le Song, en medlem av forskningsteamet, snakket om det nye prosjektet. 

“Å imitere synssystemet til insekter har ført oss til å tro at de kan oppdage banen til et objekt basert på lysintensiteten fra objektet snarere enn å bruke presise bilder som menneskesyn,” sa Le Song. “Denne bevegelsesdeteksjonsmetoden krever mindre informasjon, noe som gjør at insektet kan reagere raskt på en trussel.”

Forskerne skapte 169 mikrolinser på overflaten av det sammensatte øyet gjennom en metode kalt enkelt punkt diamant bearbeiding. Mikrolinsen hadde en radius på omtrent 1mm, og dette skapte en komponent som var omtrent 20mm. Det kunne oppdage objekter fra en 90-graders synsfelt. 

En av problemene forskerne møter når de skaper et sammensatt øye, er at bilde-detektorer forblir flate mens overflaten av det sammensatte øyet er kurvet. De løste dette ved å plassere en lysleder mellom den kurvede linsen og en bilde-detektor. Ved å gjøre dette, kunne teamet aktivere komponenten til å motta lys fra forskjellige vinkler jevnt. 

“Denne jevne lysmottaksevnen til vårt bio-inspirerte sammensatte øye er mer likt biologiske sammensatte øyne og etterligner den biologiske mekanismen bedre enn tidligere forsøk på å replikere et sammensatt øye,” sa Song.

Når det gjelder å måle 3D-bane, plasserte forskerne ruter på hvert øye av det sammensatte øyet for å hjelpe med å oppdage plassering. LED-lyskilder ble deretter plassert på forskjellige avstander og retninger. Det sammensatte øyet brukte en algoritme til å beregne 3D-plasseringen av LED-ene ved hjelp av plasseringen og intensiteten av lyset. 

Det sammensatte øyet kunne oppdage 3D-plasseringen av et objekt svært raskt. Det ene problemet var at når lysskildene var langt unna, ble plasseringsnøyaktigheten redusert. Dette kan være grunnen til at de fleste insekter er nærsynte. 

“Denne designen tillot oss å bevise at det sammensatte øyet kunne identifisere et objekts plassering basert på dets lysstyrke snarere enn en kompleks bildeprosess,” sa Song. “Denne høysensitive mekanismen passer hjerneprosesserings-evnen til insekter svært godt og hjelper dem med å unngå rovdyr.”

Forskerne tror at fordi dette nye sammensatte øyet kan oppdage et objekts 3D-plassering, kan det bli brukt for små roboter som krever rask oppdaging fra lette systemer. Denne nye teknologien kan også hjelpe forskerne med å forstå insekter bedre. 

Neste skritt for forskerne er å sette lokaliseringsalgoritmen inn i forskjellige plattformer, som integrerte kretser, så systemet kan bli brukt i andre enheter. De ønsker også å kunne masseprodusere de sammensatte øynene for å redusere kostnadene.