Các nhà nghiên cứu tạo ra mắt hợp chất dựa trên côn trùng

Các nhà nghiên cứu từ Đại học Tianjin ở Trung Quốc đã phát triển một mắt hợp chất mới được lấy cảm hứng từ sinh học. Nó sẽ được sử dụng để giúp các nhà khoa học hiểu rõ hơn về cách côn trùng sử dụng mắt hợp chất của chúng để cảm nhận các vật thể và quỹ đạo cực nhanh. Các nhà nghiên cứu cũng đang xem xét cách sử dụng nó với một máy ảnh để tạo ra các hệ thống định vị 3D cho robot, ô tô tự lái và máy bay không người lái.

Mắt hợp chất mới được lấy cảm hứng từ sinh học này đã được báo cáo trong tạp chí của Hiệp hội Quang học (OSA) Optics Letters. Nó không chỉ trông giống như một con côn trùng mà còn hoạt động như một con côn trùng. Mắt hợp chất của côn trùng bao gồm hàng trăm đến hàng nghìn ommatidia, hoặc các đơn vị lặp lại. Mỗi đơn vị trong số đó hoạt động như một thụ thể thị giác riêng biệt.

Le Song, một thành viên của nhóm nghiên cứu, đã nói về dự án mới này.

“Nhái lại hệ thống thị giác của côn trùng đã khiến chúng tôi tin rằng chúng có thể phát hiện ra quỹ đạo của một vật thể dựa trên cường độ ánh sáng từ vật thể đó chứ không phải sử dụng hình ảnh chính xác như thị giác của con người,” Le Song nói. “Phương pháp phát hiện chuyển động này yêu cầu ít thông tin hơn, cho phép côn trùng phản ứng nhanh với một mối đe dọa.”

Các nhà nghiên cứu đã tạo ra 169 thấu kính nhỏ trên bề mặt của mắt hợp chất thông qua một phương pháp gọi là gia công kim cương đơn điểm. Thấu kính nhỏ có bán kính khoảng 1mm, và điều này đã tạo ra một thành phần có thể phát hiện các vật thể từ một trường nhìn 90 độ.

Một trong những vấn đề mà các nhà nghiên cứu gặp phải khi tạo ra mắt hợp chất là các bộ phận phát hiện hình ảnh vẫn còn phẳng trong khi bề mặt của mắt hợp chất là cong. Họ đã giải quyết vấn đề này bằng cách đặt một hướng dẫn ánh sáng giữa thấu kính cong và bộ phận phát hiện hình ảnh. Bằng cách này, nhóm đã có thể cho phép thành phần nhận ánh sáng từ các góc khác nhau một cách đồng đều.

“Khả năng nhận ánh sáng đồng đều của mắt hợp chất lấy cảm hứng từ sinh học của chúng tôi giống với mắt hợp chất sinh học hơn và mô phỏng cơ chế sinh học tốt hơn so với các nỗ lực trước đó trong việc sao chép mắt hợp chất,” Song nói.

Khi nói đến việc đo quỹ đạo 3D, các nhà nghiên cứu đã đặt lưới trên mỗi mắt con của mắt hợp chất để giúp phát hiện vị trí. Các nguồn ánh sáng LED sau đó được đặt ở các khoảng cách và hướng khác nhau. Mắt hợp chất sử dụng một thuật toán để tính toán vị trí 3D của các nguồn LED bằng cách sử dụng vị trí và cường độ của ánh sáng.

Mắt hợp chất đã có thể phát hiện vị trí 3D của một vật thể rất nhanh. Vấn đề duy nhất là khi các nguồn ánh sáng ở xa, độ chính xác của vị trí giảm. Đây có thể là lý do tại sao hầu hết côn trùng đều bị cận thị.

“Thiết kế này cho phép chúng tôi chứng minh rằng mắt hợp chất có thể xác định vị trí của một vật thể dựa trên độ sáng của nó thay vì quá trình xử lý hình ảnh phức tạp,” Song nói. “Cơ chế nhạy cảm này phù hợp rất tốt với khả năng xử lý của não côn trùng và giúp chúng tránh được những kẻ săn mồi.”

Các nhà nghiên cứu tin rằng vì mắt hợp chất mới này có thể phát hiện vị trí 3D của một vật thể, nó có thể được sử dụng cho các robot nhỏ yêu cầu phát hiện nhanh từ các hệ thống nhẹ. Công nghệ mới này cũng có thể giúp các nhà khoa học hiểu rõ hơn về côn trùng.

Bước tiếp theo của các nhà khoa học là đưa thuật toán định vị vào các nền tảng khác nhau, như mạch tích hợp, để hệ thống có thể được sử dụng trong các thiết bị khác. Họ cũng muốn có thể sản xuất hàng loạt mắt hợp chất để giảm chi phí.