Дослідники створили складне око на основі комах

Дослідники з Тяньцзіньського університету в Китаї створили новостворене біологічно інспіроване складне око. Воно буде використовуватися для того, щоб допомогти вченим краще зрозуміти, як комахи використовують свої складні очі для сприйняття об’єктів і траєкторій дуже швидко. Дослідники також розглядають можливість використання його з камерою для створення 3D-систем розташування для роботів, самохідних автомобілів і безпілотних літальних апаратів.

Нове біо-інспіроване складне око було повідомлено в журналі Оптичного товариства (OSA) Optics Letters. Воно як виглядає як комаха, так і працює як одна. Складні очі комах складаються з сотень до тисяч омматидій, або повторюваних одиниць. Кожна з них діє як окремий візуальний рецептор.

Ле Сонг, член дослідницької групи, висловився про новий проєкт.

“Імітація системи зору комах привела нас до висновку, що вони можуть виявити траєкторію об’єкта на основі інтенсивності світла, що надходить від цього об’єкта, а не за допомогою точних зображень, як у людського зору”, – сказав Ле Сонг. “Цей метод виявлення руху вимагає менше інформації, що дозволяє комахі швидко реагувати на загрозу.”

Дослідники створили 169 мікролінз на поверхні складного ока за допомогою методу, званого однопунктовим алмазним обробленням. Мікролінза мала радіус близько 1 мм, і це створило компонент, який був здатний виявляти об’єкти з поля зору 90 градусів.

Одна з проблем, з якими дослідники стикаються при створенні складного ока, полягає в тому, що детектори зображень залишаються плоскими, тоді як поверхня складного ока є викривленою. Вони подолали цю проблему, розмістивши світловод між викривленою лінзою та детектором зображення. Завдяки цьому команда змогла забезпечити можливість компоненту приймати світло з різних кутів однорідно.

“Ця здатність нашого біо-інспірованого складного ока однорідно приймати світло є більш подібною до біологічних складних очей і краще імітує біологічний механізм, ніж попередні спроби відтворити складне око”, – сказав Сонг.

При вимірюванні 3D-траєкторії дослідники розмістили сітки на кожному очку складного ока, щоб допомогти виявити розташування. Джерела світла LED були розміщені на різних відстанях і напрямках. Складне око використовувало алгоритм для розрахунку 3D-розташування джерел світла за допомогою розташування та інтенсивності світла.

Складне око змогло виявити 3D-розташування об’єкта дуже швидко. Однією з проблем було те, що коли джерела світла були далеко, точність розташування знижувалася. Це може бути причиною того, що більшість комах мають короткозорість.

“Цей дизайн дозволив нам довести, що складне око може визначити розташування об’єкта на основі його яскравості, а не за допомогою складного процесу обробки зображення”, – сказав Сонг. “Цей високочутливий механізм дуже добре підходить до можливостей обробки інформації мозком комах і допомагає їм уникнути хижаків.”

Дослідники вважають, що оскільки це нове складне око може виявити 3D-розташування об’єкта, воно може бути використане для малих роботів, які вимагають швидкого виявлення з легких систем. Ця нова технологія також може допомогти вченим краще зрозуміти комах.

Наступним кроком для вчених є розміщення алгоритму локалізації на різних платформах, таких як інтегральні схеми, щоб система могла бути використана в інших пристроях. Вони також хочуть мати можливість масово виробляти складні очі, щоб знизити вартість.