นักวิจัยสร้างตาประกอบที่ได้รับแรงบันดาลใจจากแมลง

นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยเทียนจินในประเทศจีนได้พัฒนาตาประกอบที่สร้างขึ้นใหม่โดยได้รับแรงบันดาลใจจากชีววิทยา ซึ่งจะช่วยให้นักวิทยาศาสตร์เข้าใจว่าแมลงใช้ตาประกอบของพวกมันเพื่อตรวจจับวัตถุและเส้นทางได้อย่างรวดเร็วอย่างไร นักวิจัยยังกำลังพิจารณาว่าจะใช้ตาประกอบนี้กับกล้องถ่ายรูปเพื่อสร้างระบบที่ตั้งอยู่ใน 3 มิติสำหรับหุ่นยนต์รถยนต์ไร้คนขับและเครื่องบินไร้คนขับ

ตาประกอบที่ได้รับแรงบันดาลใจจากชีววิทยานี้ถูกตีพิมพ์ในหนังสือ Optics Letters ของ Optical Society (OSA) มันไม่เพียงแต่มีลักษณะเหมือนแมลงเท่านั้น แต่ยังทำงานเหมือนแมลงด้วย ตาประกอบของแมลงประกอบด้วยหน่วยซ้ำกันหลายร้อยถึงหลายพันหน่วย ซึ่งเรียกว่า ommatidia แต่ละหน่วยทำงานเป็นตัวรับภาพที่แยกจากกัน

เล่ ซง สมาชิกของทีมวิจัย ได้พูดถึงโครงการใหม่นี้

“การจำลองระบบการมองเห็นของแมลงทำให้เราเชื่อว่าพวกมันอาจตรวจจับเส้นทางของวัตถุตามความเข้มของแสงจากวัตถุนั้นมากกว่าการใช้ภาพที่แม่นยำเหมือนการมองเห็นของมนุษย์” เล่ ซงกล่าว “วิธีการตรวจจับการเคลื่อนไหวนี้ต้องการข้อมูลน้อยกว่า ทำให้แมลงสามารถตอบสนองต่อภัยคุกคามได้อย่างรวดเร็ว”

นักวิจัยได้สร้างเลนส์ขนาดเล็ก 169 เลนส์บนพื้นผิวของตาประกอบโดยใช้วิธีการที่เรียกว่า single point diamond turning เลนส์ขนาดเล็กมีรัศมีประมาณ 1 มม. และสร้างส่วนประกอบที่มีขนาดประมาณ 20 มม. สามารถตรวจจับวัตถุได้จากมุมมอง 90 องศา

หนึ่งในปัญหาที่นักวิจัยพบเมื่อสร้างตาประกอบคือตัวตรวจจับภาพจะอยู่ในตำแหน่งแบนราบ ในขณะที่พื้นผิวของตาประกอบมีลักษณะโค้งงอ พวกเขาอำนวยความสะดวกโดยการวางตัวนำแสงระหว่างเลนส์โค้งและตัวตรวจจับภาพ ทำให้ทีมสามารถทำให้ส่วนประกอบได้รับแสงจากมุมต่างๆ ได้อย่างสม่ำเสมอ

“ความสามารถในการรับแสงสม่ำเสมอนี้ของตาประกอบที่ได้รับแรงบันดาลใจจากชีววิทยาของเรามีลักษณะคล้ายกับตาประกอบชีวภาพมากกว่าการพยายามสร้างตาประกอบก่อนหน้านี้” ซงกล่าว

เมื่อพูดถึงการวัดเส้นทาง 3 มิติ นักวิจัยได้สร้างกริดบนแต่ละตาเพื่อช่วยตรวจจับที่ตั้ง จากนั้นจึงวางแหล่งกำเนิดแสง LED ที่ระยะห่างและทิศทางต่างๆ ตาประกอบใช้ขั้นตอนการคำนวณเพื่อกำหนดที่ตั้ง 3 มิติของแหล่งกำเนิดแสง LED โดยใช้ที่ตั้งและความเข้มของแสง

ตาประกอบสามารถตรวจจับที่ตั้ง 3 มิติของวัตถุได้อย่างรวดเร็ว ปัญหาเดียวคือเมื่อแหล่งกำเนิดแสงห่างออกไป ความแม่นยำของที่ตั้งจะลดลง ซึ่งอาจเป็นสาเหตุว่าทำไมแมลงส่วนใหญ่มีความสามารถในการมองเห็นที่จำกัด

“การออกแบบนี้ทำให้เราแสดงให้เห็นว่าตาประกอบสามารถระบุที่ตั้งของวัตถุตามความเข้มของแสงมากกว่ากระบวนการประมวลผลภาพที่ซับซ้อน” ซงกล่าว “กลไกที่มีความไวสูงนี้เหมาะสมกับความสามารถในการประมวลผลของสมองแมลงและช่วยให้พวกมันหลบเลี่ยงสัตว์นักล่าได้”

นักวิจัยเชื่อว่าเนื่องจากตาประกอบใหม่นี้สามารถตรวจจับที่ตั้ง 3 มิติของวัตถุได้ จึงสามารถใช้สำหรับหุ่นยนต์ขนาดเล็กที่ต้องการการตรวจจับที่รวดเร็วจากระบบที่มีน้ำหนักเบา เทคโนโลยีนี้ยังสามารถช่วยให้นักวิทยาศาสตร์เข้าใจแมลงได้ดีขึ้น

ขั้นตอนต่อไปสำหรับนักวิจัยคือการนำขั้นตอนการคำนวณที่ตั้งไปใช้บนแพลตฟอร์มต่างๆ เช่น วงจรบูรณาการ เพื่อให้ระบบสามารถใช้งานได้กับอุปกรณ์อื่นๆ พวกเขายังต้องการผลิตตาประกอบจำนวนมากเพื่อลดต้นทุน