Als je ooit hebt geprobeerd een vlieg te meppen, je weet dat insecten extreem snel reageren op beweging. Een nieuw gecreëerd biologisch geïnspireerd samengesteld oog helpt wetenschappers te begrijpen hoe insecten hun samengestelde ogen gebruiken om een ​​object en zijn traject met zo'n snelheid waar te nemen. Het samengestelde oog kan ook worden gebruikt met een camera om 3D-locatiesystemen voor robots te maken, zelfrijdende auto's en onbemande luchtvaartuigen.

In het tijdschrift The Optical Society (OSA) Optica Letters , onderzoekers van de Tianjin University in China rapporteren hun nieuwe bio-geïnspireerde samengestelde oog, die er niet alleen uitziet als die van een insect, maar ook werkt als zijn natuurlijke tegenhanger. Samengestelde ogen bestaan ​​uit honderden tot duizenden herhalende eenheden die bekend staan ​​als ommatidia en die elk fungeren als een afzonderlijke visuele receptor.

"Het imiteren van het zichtsysteem van insecten heeft ons doen geloven dat ze de baan van een object kunnen detecteren op basis van de lichtintensiteit die van dat object komt in plaats van precieze beelden te gebruiken zoals menselijk zicht, " zei Le Song, een lid van het onderzoeksteam. "Deze bewegingsdetectiemethode vereist minder informatie, waardoor het insect snel kan reageren op een bedreiging."

Een insectenoog imiteren

De onderzoekers gebruikten een methode die bekend staat als het draaien van diamanten met één punt om 169 microlenzen op het oppervlak van het samengestelde oog te creëren. Elke microlens had een straal van ongeveer 1 mm, het creëren van een onderdeel van ongeveer 20 mm dat objecten zou kunnen detecteren vanuit een gezichtsveld van 90 graden. De gezichtsvelden van aangrenzende microlenzen overlappen elkaar op dezelfde manier als ommatidia voor de meeste insecten.

Een van de uitdagingen bij het maken van een kunstmatig samengesteld oog is dat beelddetectoren plat zijn terwijl het oppervlak van het samengestelde oog gekromd is. Door een lichtgeleider tussen de gebogen lens en een beelddetector te plaatsen, konden de onderzoekers deze uitdaging overwinnen en tegelijkertijd het onderdeel in staat stellen om licht vanuit verschillende hoeken uniform te ontvangen.

"Dit uniforme lichtontvangende vermogen van ons bio-geïnspireerde samengestelde oog lijkt meer op biologische samengestelde ogen en imiteert beter het biologische mechanisme dan eerdere pogingen om een ​​samengesteld oog te repliceren, " legde Lied uit.

Om het kunstmatige samengestelde oog te gebruiken voor het meten van een 3D-traject, de onderzoekers voegden rasters toe aan elk oogje dat helpt bij het lokaliseren van de locatie. Vervolgens plaatsten ze LED-lichtbronnen op bekende afstanden en richtingen van het samengestelde oog en gebruikten een algoritme om de 3D-locatie van de LED's te berekenen op basis van de locatie en intensiteit van het licht.

De onderzoekers ontdekten dat het samengestelde oogsysteem in staat was om snel de 3D-locatie van een object te bepalen. Echter, de locatienauwkeurigheid werd verminderd wanneer de lichtbronnen verder weg waren, wat zou kunnen verklaren waarom de meeste insecten bijziend zijn.

Hoe insecten de wereld zien

"Dit ontwerp stelde ons in staat om te bewijzen dat het samengestelde oog de locatie van een object kon identificeren op basis van zijn helderheid in plaats van een complex beeldproces, " zei Song. "Dit zeer gevoelige mechanisme past heel goed bij het hersenverwerkingsvermogen van insecten en helpt hen roofdieren te vermijden."

Volgens de onderzoekers is het vermogen van het nieuwe bio-geïnspireerde samengestelde oog om de 3D-locatie van een object te detecteren, zou nuttig kunnen zijn voor kleine robots die snelle detectie van een zeer lichtgewicht systeem vereisen. Het biedt ook een nieuwe manier voor biologen om de visuele systemen van insecten te bestuderen.

De onderzoekers zijn van plan om het lokalisatie-algoritme in te bedden in platforms zoals geïntegreerde schakelingen, zodat het systeem in andere apparaten kan worden geïntegreerd. Ze ontwikkelen ook manieren om de samengestelde ooglenzen massaal te produceren om de kosten per eenheid te verlagen.