Naukowcy tworzą złożone oczy inspirowane owadami

Naukowcy z Uniwersytetu w Tianjin w Chinach opracowali nowo stworzone biologicznie zainspirowane złożone oczy. Będą one wykorzystywane do pomocy naukowcom w lepszym zrozumieniu, jak owady wykorzystują swoje złożone oczy do wykrywania obiektów i trajektorii w ekstremalnie krótkim czasie. Naukowcy badają również, jak wykorzystać je z kamerą do tworzenia systemów lokalizacji 3D dla robotów, samochodów autonomicznych i bezzałogowych statków powietrznych.

Nowe bio-inspirowane złożone oczy zostały opisane w czasopiśmie Optical Society (OSA) Optics Letters. Wyglądają one jak oczy owadów i działają jak one. Złożone oczy owadów składają się z setek do tysięcy ommatidiów, czyli powtarzających się jednostek. Każda z nich działa jako oddzielny receptor wzrokowy.

Le Song, członek zespołu badawczego, wypowiedział się na temat nowego projektu.

“Naśladując system wzrokowy owadów, doszliśmy do wniosku, że mogą one wykrywać trajektorię obiektu na podstawie natężenia światła pochodzącego z tego obiektu, a nie korzystając z precyzyjnych obrazów jak ludzkie wzrok”, powiedział Le Song. “Ten sposób wykrywania ruchu wymaga mniej informacji, co pozwala owadowi szybko zareagować na zagrożenie.”

Naukowcy stworzyli 169 mikrosoczewek na powierzchni złożonego oka za pomocą metody zwanej single point diamond turning. Mikrosoczewka miała promień około 1 mm, co spowodowało, że składnik miał około 20 mm. Był w stanie wykrywać obiekty z pola widzenia 90 stopni.

Jednym z problemów, na które napotykają naukowcy przy tworzeniu złożonego oka, jest to, że detektory obrazu pozostają płaskie, podczas gdy powierzchnia złożonego oka jest zakrzywiona. Rozwiązali ten problem, umieszczając przewodnik światła pomiędzy zakrzywioną soczewką a detektorem obrazu. Dzięki temu zespół był w stanie umożliwić składnikowi otrzymywanie światła z różnych kątów w sposób jednolity.

“Jasne otrzymywanie światła przez nasze bio-inspirowane złożone oko jest bardziej podobne do biologicznych złożonych oczu i lepiej naśladuje biologiczny mechanizm niż poprzednie próby odtworzenia złożonego oka”, powiedział Song.

Podczas pomiaru trajektorii 3D naukowcy umieścili siatki na każdym oczku złożonego oka, aby pomóc w wykryciu położenia. Następnie umieścili źródła światła LED w różnych odległościach i kierunkach. Złożone oko wykorzystało algorytm do obliczania położenia 3D źródeł światła LED na podstawie położenia i natężenia światła.

Złożone oko było w stanie wykryć położenie 3D obiektu bardzo szybko. Jednym z problemów było to, że gdy źródła światła były daleko, dokładność położenia ulegała zmniejszeniu. Może to być powodem, dla którego większość owadów ma krótkowzroczność.

“Ten projekt pozwolił nam udowodnić, że złożone oko może identyfikować położenie obiektu na podstawie jego jasności, a nie skomplikowanego procesu obrazu”, powiedział Song. “Ten wysoko wrażliwy mechanizm bardzo dobrze nadaje się do możliwości przetwarzania mózgu owadów i pomaga im uniknąć drapieżników.”

Naukowcy uważają, że ponieważ nowe złożone oko może wykrywać położenie 3D obiektu, może być ono wykorzystywane do małych robotów, które wymagają szybkiego wykrywania z lekkich systemów. Ta nowa technologia może również pomóc naukowcom w lepszym zrozumieniu owadów.

Następnym krokiem dla naukowców jest umieszczenie algorytmu lokalizacji na różnych platformach, takich jak układy scalone, aby system mógł być wykorzystywany w innych urządzeniach. Chcą również móc masowo produkować złożone oczy, aby zmniejszyć koszty.