Naukowcy tworzą oko złożone na podstawie owadów

Naukowcy z Uniwersytetu w Tianjin w Chinach opracowali nowo stworzone biologicznie zainspirowane oko złożone. Będzie ono używane do pomocy naukowcom w lepszym zrozumieniu, jak owady używają swoich oczu złożonych do wykrywania obiektów i trajektorii w sposób ekstremalnie szybki. Naukowcy badają również, jak użyć go z kamerą do stworzenia systemów lokalizacji 3D dla robotów, samochodów autonomicznych i bezzałogowych statków powietrznych.

Nowe bio-zainspirowane oko złożone zostało opisane w czasopiśmie Optical Society (OSA) Optics Letters. Wygląda ono jak owad, a także działa jak jeden. Oko złożone owadów składa 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 używając precyzyjnych obrazów jak ludzkie wzrok”, powiedział Le Song. “Ta metoda wykrywania ruchu wymaga mniej informacji, co pozwala owadowi szybko zareagować na zagrożenie”.

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

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

“Ta jednolita zdolność otrzymywania światła naszego bio-zainspirowanego oka złożonego jest bardziej podobna do biologicznych oczu złożonych i lepiej naśladuje biologiczny mechanizm niż poprzednie próby odtworzenia oka złożonego”, powiedział Song.

Podczas pomiaru trajektorii 3D, naukowcy umieścili siatki na każdej soczewce oka złożonego, aby pomóc w wykryciu położenia. Następnie umieścili źródła światła LED w różnych odległościach i kierunkach. Oko złożone użyło algorytmu do obliczenia położenia 3D źródeł światła LED na podstawie położenia i natężenia światła.

Oko złożone było w stanie wykryć położenie 3D obiektu bardzo szybko. Jedynym problemem 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 oko złożone może identyfikować położenie obiektu na podstawie jego jasności, a nie skomplikowanego procesu obrazu”, powiedział Song. “Ten wysoko czuły mechanizm bardzo dobrze odpowiada możliwościom przetwarzania mózgu owadów i pomaga im uniknąć drapieżników”.

Naukowcy uważają, że ponieważ to nowe oko złożone może wykryć położenie 3D obiektu, może ono być używane dla małych robotów, które wymagają szybkiego wykrywania z lekkich systemów. Ta nowa technologia może również pomóc naukowcom lepiej zrozumieć owady.

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