Дослідники створили складне око на основі комах

Дослідники з Тяньцзінського 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 вивчають можливість використання його з камерою для створення 3D-систем визначення місця розташування для роботів, самохідних автомобілів і безпілотних літальних апаратів.

Нове біо-інспіроване складне око було повідомлено в журналі Optics Letters товариства Optical Society (OSA). Воно як виглядає як комаха, так і працює як вона. 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 виявляти 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, який називається одиночним точковим алмазним обробленням. Мікролінза мала радіус близько 1 мм, і це створило компонент, який мав розмір близько 20 мм. Він міг виявляти об’єкти з поля зору 90 градусів.

Одна з проблем, з якими дослідники зіштовхуються 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 компонента отримувати світло з різних кутів однорідно.

“Ця можливість однорідного прийому світла нашого біо-інспірованого складного ока 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 місце розташування. Джерела світла LED були розміщені на різних відстанях і напрямках. Складне око використовувало алгоритм для розрахунку 3D-місця розташування джерел світла за допомогою місця розташування та інтенсивності світла.

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

“Цей дизайн дозволив нам довести, що складне око може визначити місце розташування об’єкта на основі його яскравості, а не складної обробки зображення”, – сказав Сонг. “Цей високочутливий механізм дуже добре підходить до можливостей обробки інформації в мозку комах і допомагає їм уникати хижаків.”

Дослідники вважають, що оскільки це нове складне око може виявляти 3D-місце розташування об’єкта, його можна використовувати для малих роботів, які потребують швидкого виявлення з легких систем. Ця нова технологія також може допомогти вченим краще зрозуміти комах.

Наступним кроком для вчених є розміщення алгоритму визначення місця розташування в різні платформи, наприклад, інтегральні схеми, щоб система могла бути використана в інших пристроях. Вони також хочуть мати можливість масово виробляти складні очі, щоб знизити вартість.