Kunstmatige zichtsystemen vinden een breed scala aan toepassingen, waaronder zelfrijdende auto's, objectdetectie, gewasmonitoring en slimme camera's. Een dergelijke visie is vaak geïnspireerd door de visie van biologische organismen. Zo hebben mensen en insecten het zicht op het land geïnspireerd, terwijl vissenogen hebben geleid tot kunstmatig zicht in het water. Hoewel de vooruitgang opmerkelijk is, hebben de huidige kunstmatige visies enkele beperkingen:ze zijn niet geschikt voor het in beeld brengen van zowel land- als onderwateromgevingen en zijn beperkt tot een halfbolvormig (180°) gezichtsveld (FOV).

Om deze problemen op te lossen, heeft een groep onderzoekers uit Korea en de VS, waaronder professor Young Min Song van het Gwangju Institute of Science and Technology in Korea, nu een nieuw kunstmatig zichtsysteem ontworpen met een omnidirectionele beeldvormingsmogelijkheid, dat zowel in het water als in het water kan werken. terrestrische omgevingen. Hun onderzoek werd op 12 juli 2022 online beschikbaar gesteld en gepubliceerd in Nature Electronics op 11 juli 2022.

"Onderzoek naar bio-geïnspireerde visie resulteert vaak in een nieuwe ontwikkeling die voorheen niet bestond. Dit maakt op zijn beurt een dieper begrip van de natuur mogelijk en zorgt ervoor dat het ontwikkelde beeldvormingsapparaat zowel structureel als functioneel effectief is", zegt prof. Song, waarin hij zijn motivatie achter het onderzoek uitlegt.

De inspiratie voor het systeem kwam van de vioolkrab (Uca arcuata), een semi-terrestrische krabsoort met amfibische beeldvorming en een gezichtsveld van 360°. Deze opmerkelijke kenmerken zijn het resultaat van de ellipsvormige oogsteel van de samengestelde ogen van de vioolkrab, waardoor panoramische beeldvorming mogelijk is, en platte hoornvliezen met een gradueel brekingsindexprofiel, waardoor amfibische beeldvorming mogelijk is.

Dienovereenkomstig ontwikkelden de onderzoekers een zichtsysteem bestaande uit een reeks platte microlenzen met een gradueel brekingsindexprofiel dat werd geïntegreerd in een flexibele kamvormige siliciumfotodiode-array en vervolgens op een bolvormige structuur werd gemonteerd. De gegradeerde brekingsindex en het platte oppervlak van de microlens werden geoptimaliseerd om de defocusseringseffecten als gevolg van veranderingen in de externe omgeving te compenseren. Simpel gezegd, lichtstralen die in verschillende media reizen (overeenkomend met verschillende brekingsindices) werden gemaakt om op dezelfde plek te focussen.

Om de mogelijkheden van hun systeem te testen, voerde het team optische simulaties en beeldvormingsdemonstraties uit in lucht en water. Amfibische beeldvorming werd uitgevoerd door het apparaat halverwege onder te dompelen in water. Tot hun vreugde waren de door het systeem geproduceerde beelden helder en vrij van vervormingen. Het team toonde verder aan dat het systeem een ​​panoramisch gezichtsveld had, 300 ^o horizontaal en 160 ^o verticaal, zowel in de lucht als in het water. Bovendien had de bolvormige houder een diameter van slechts 2 cm, waardoor het systeem compact en draagbaar is.

"Ons vision-systeem zou de weg kunnen banen voor 360° omnidirectionele camera's met toepassingen in virtual of augmented reality of een all-weather vision voor autonome voertuigen", speculeert prof. Song opgewonden. + Verder verkennen

Metamicroscoop op chipschaal voor hoogwaardige beeldvorming