Cercetătorii creează un ochi compus inspirat de insecte

Cercetătorii de la Universitatea Tianjin din China au dezvoltat un ochi compus nou, inspirat biologic. Acesta va fi utilizat pentru a ajuta oamenii de știință să înțeleagă mai bine cum insectele utilizează ochii lor compuși pentru a detecta obiecte și traiectorii extrem de rapide. Cercetătorii examinează, de asemenea, modul în care acesta poate fi utilizat împreună cu o cameră pentru a crea sisteme de localizare 3D pentru roboți, mașini autonome și vehicule aeriene fără pilot.

Noul ochi compus bio-inspirat a fost raportat în revista Optical Society (OSA) Optics Letters. Acesta arată ca un ochi de insectă și funcționează ca atare. Ochii compuși ai insectelor sunt alcătuiți din sute sau mii de ommatidii, sau unități repetitive. Fiecare dintre ele acționează ca un receptor vizual separat.

Le Song, un membru al echipei de cercetare, a vorbit despre noul proiect.

“Imitarea sistemului de vedere al insectelor ne-a condus la ideea că acestea pot detecta traiectoria unui obiect pe baza intensității luminii care provine de la acel obiect, mai degrabă decât utilizând imagini precise, cum ar fi vederea umană”, a spus Le Song. “Această metodă de detectare a mișcării necesită mai puține informații, permițând insectei să reacționeze rapid la o amenințare.”

Cercetătorii au creat 169 de microlentile pe suprafața ochiului compus prin intermediul unei metode numite single point diamond turning. Microlentila avea un rază de aproximativ 1mm, iar acest lucru a creat un component care era de aproximativ 20mm. Acesta a fost capabil să detecteze obiecte dintr-un câmp de vedere de 90 de grade.

Una dintre problemele cu care se confruntă cercetătorii atunci când creează un ochi compus este că detectorii de imagine rămân plați, în timp ce suprafața ochiului compus este curbată. Ei au rezolvat această problemă prin plasarea unui ghid de lumină între lentila curbă și detectorul de imagine. Prin aceasta, echipa a fost capabilă să permită componentului să primească lumină din diferite unghiuri în mod uniform.

“Această capacitate uniformă de a primi lumină a ochiului nostru compus bio-inspirat este mai similară cu ochii compuși biologici și imită mai bine mecanismul biologic decât încercările anterioare de a replica un ochi compus”, a spus Song.

Atunci când vine vorba de măsurarea traiectoriei 3D, cercetătorii au plasat grile pe fiecare ochi al ochiului compus pentru a ajuta la detectarea locației. Surse de lumină LED au fost plasate la diferite distanțe și direcții. Ochiul compus a utilizat un algoritm pentru a calcula locația 3D a surselor de lumină LED, utilizând locația și intensitatea luminii.

Ochiul compus a fost capabil să detecteze locația 3D a unui obiect foarte rapid. O problemă a fost că atunci când sursele de lumină erau la distanță, precizia locației a devenit redusă. Acest lucru ar putea fi motivul pentru care majoritatea insectelor sunt miop.

“Acest design ne-a permis să demonstrăm că ochiul compus poate identifica locația unui obiect pe baza strălucirii sale, mai degrabă decât a unui proces de imagine complex”, a spus Song. “Acest mecanism foarte sensibil se potrivește foarte bine cu capacitatea de procesare a creierului insectelor și le ajută să evite prădătorii.”

Cercetătorii cred că, deoarece acest ochi compus nou poate detecta locația 3D a unui obiect, acesta ar putea fi utilizat pentru roboți mici care necesită detectare rapidă din sisteme ușoare. Această nouă tehnologie poate, de asemenea, ajuta oamenii de știință să înțeleagă mai bine insectele.

Următorul pas pentru oamenii de știință este să plaseze algoritmul de localizare pe diferite platforme, cum ar fi circuite integrate, astfel încât sistemul să poată fi utilizat pe alte dispozitive. Ei doresc, de asemenea, să poată produce în masă ochii compuși pentru a reduce costul.