Fiddler crab eye view inspirerer forskere til at udvikle nyt kunstigt syn

Kunstige synssystemer finder en bred vifte af applikationer, herunder selvkørende biler, objektdetektering, afgrødeovervågning og smarte kameraer. En sådan vision er ofte inspireret af visionen om biologiske organismer. For eksempel har menneske- og insektsyn inspireret til jordbaseret kunstigt syn, mens fiskeøjne har ført til kunstigt syn i vand. Selvom fremskridtet er bemærkelsesværdigt, lider de nuværende kunstige syn af nogle begrænsninger:de er ikke egnede til at afbilde både land- og undervandsmiljøer og er begrænset til et halvkugleformet (180°) synsfelt (FOV).

For at overvinde disse problemer har en gruppe forskere fra Korea og USA, inklusive professor Young Min Song fra Gwangju Institute of Science and Technology i Korea, nu designet et nyt kunstigt synssystem med en omnidirektional billeddannelsesevne, som kan fungere i både vand- og terrestriske miljøer. Deres undersøgelse blev gjort tilgængelig online den 12. juli 2022 og offentliggjort i Nature Electronics den 11. juli 2022.

"Forskning i bio-inspireret syn resulterer ofte i en ny udvikling, som ikke eksisterede før. Dette muliggør igen en dybere forståelse af naturen og sikrer, at det udviklede billedapparat er både strukturelt og funktionelt effektivt," siger prof. Song. forklarer hans motivation bag undersøgelsen.

Inspirationen til systemet kom fra spillemandskrabben (Uca arcuata), en halvjordisk krabbeart med amfibisk billeddannelsesevne og en 360° FOV. Disse bemærkelsesværdige egenskaber er resultatet af den ellipsoide øjenstilk af spillemandskrabbens sammensatte øjne, hvilket muliggør panoramabilleder og flade hornhinder med en gradueret brydningsindeksprofil, der muliggør amfibisk billeddannelse.

I overensstemmelse hermed udviklede forskerne et visionsystem bestående af et array af flade mikrolinser med en gradueret brydningsindeksprofil, der blev integreret i et fleksibelt kamformet siliciumfotodiodearray og derefter monteret på en sfærisk struktur. Det graderede brydningsindeks og den flade overflade af mikrolinsen blev optimeret til at udligne defokuseringseffekterne på grund af ændringer i det ydre miljø. Forenklet sagt blev lysstråler, der bevæger sig i forskellige medier (svarende til forskellige brydningsindekser), sat til at fokusere på det samme sted.

For at teste deres systems muligheder udførte holdet optiske simuleringer og billeddemonstrationer i luft og vand. Amfibiebilleder blev udført ved at nedsænke enheden halvvejs i vand. Til deres glæde var billederne produceret af systemet klare og fri for forvrængninger. Holdet viste yderligere, at systemet havde et panoramisk synsfelt, 300 ^o vandret og 160 ^o lodret, i både luft og vand. Derudover var det sfæriske beslag kun 2 cm i diameter, hvilket gjorde systemet kompakt og bærbart.

"Vores vision-system kunne bane vejen for 360° omnidirektionelle kameraer med applikationer i virtuel eller augmented reality eller et al slags vejrsyn for autonome køretøjer," spekulerer prof. Song begejstret. + Udforsk yderligere

Chip-skala metamikroskop til højtydende billeddannelse