Nyt kunstigt sammensat øje kan forbedre 3D-sporing af objekter

Hvis du nogensinde har prøvet at svinge en flue, du ved, at insekter reagerer ekstremt hurtigt på bevægelse. Et nyoprettet biologisk inspireret sammensat øje hjælper forskere med at forstå, hvordan insekter bruger deres sammensatte øjne til at fornemme et objekt og dets bane med en sådan hastighed. Det sammensatte øje kan også bruges med et kamera til at oprette 3D-placeringssystemer til robotter, selvkørende biler og ubemandede luftfartøjer.

I tidsskriftet The Optical Society (OSA) Optik bogstaver , forskere fra Tianjin University i Kina rapporterer deres nye bioinspirerede sammensatte øje, som ikke kun ligner et insekt, men også fungerer som dets naturlige modstykke. Sammensatte øjne består af hundredvis til tusinder af gentagne enheder kendt som ommatidia, der hver fungerer som en separat visuel receptor.

"Efterligning af insekters synssystem har fået os til at tro, at de kan opdage et objekts bane baseret på lysintensiteten, der kommer fra objektet frem for at bruge præcise billeder som menneskesyn, sagde Le Song, medlem af forskergruppen. "Denne bevægelsesdetekteringsmetode kræver mindre information, lade insektet hurtigt reagere på en trussel. "

Efterligner et insektøje

Forskerne brugte en metode kendt som single point diamantdrejning til at skabe 169 mikrolinser på overfladen af ​​det sammensatte øje. Hver mikrolens havde en radius på ca. 1 mm, oprette en komponent, der måler omkring 20 mm, og som kan registrere objekter fra et 90-graders synsfelt. Synsfelterne for tilstødende mikrolinser overlappede på samme måde som ommatidia gør for de fleste insekter.

En af udfordringerne ved at lave et kunstigt sammensat øje er, at billeddetektorer er flade, mens overfladen af ​​det sammensatte øje er buet. Placering af en lysstyring mellem den buede linse og en billeddetektor tillod forskerne at overvinde denne udfordring, samtidig med at komponenten også kunne modtage lys fra forskellige vinkler ensartet.

"Denne ensartede lysmodtagelsesevne for vores bioinspirerede sammensatte øje ligner mere biologiske sammensatte øjne og efterligner bedre den biologiske mekanisme end tidligere forsøg på at replikere et sammensat øje, "forklarede Sang.

For at bruge det kunstige sammensatte øje til måling af 3D-bane, forskerne tilføjede gitter til hvert øje, der hjælper med at lokalisere placeringen. De placerede derefter LED-lyskilder i kendte afstande og retninger fra det sammensatte øje og brugte en algoritme til at beregne LED'ernes 3D-placering baseret på lysets placering og intensitet.

Forskerne fandt ud af, at det sammensatte øjesystem hurtigt kunne levere et objekts 3D-placering. Imidlertid, placeringsnøjagtigheden blev reduceret, når lyskilderne var længere væk, hvilket kunne forklare, hvorfor de fleste insekter er nærsynede.

Hvordan insekter ser verden

"Dette design tillod os at bevise, at det sammensatte øje kunne identificere et objekts placering baseret på dets lysstyrke i stedet for en kompleks billedproces, "sagde Song." Denne yderst følsomme mekanisme passer meget godt til insekters behandlingsevne hos insekter og hjælper dem med at undgå rovdyr. "

Ifølge forskerne, evnen til det nye bioinspirerede sammensatte øje til at detektere et objekts 3D-placering kan være nyttig for små robotter, der kræver hurtig detektion fra et meget let system. Det tilbyder også en ny måde for biologer at studere insekters visuelle systemer.

Forskerne planlægger at indlejre lokaliseringsalgoritmen i platforme såsom integrerede kredsløb, så systemet kan integreres i andre enheder. De udvikler også måder at masseproducere de sammensatte øjenlinser for at reducere enhedsomkostningerne.