Om du någonsin har försökt slå en fluga, du vet att insekter reagerar extremt snabbt på rörelser. Ett nyskapat biologiskt inspirerat sammansatt öga hjälper forskare att förstå hur insekter använder sina sammansatta ögon för att känna av ett objekt och dess bana med sådan hastighet. Det sammansatta ögat kan också användas med en kamera för att skapa 3D-lokaliseringssystem för robotar, självkörande bilar och obemannade flygfordon.

I tidskriften The Optical Society (OSA). Optikbokstäver , forskare från Tianjin University i Kina rapporterar sitt nya bioinspirerade sammansatta öga, som inte bara ser ut som en insekts utan också fungerar som sin naturliga motsvarighet. Sammansatta ögon består av hundratals till tusentals upprepade enheter som kallas ommatidia som var och en fungerar som en separat visuell receptor.

"Att imitera insekters synsystem har fått oss att tro att de kan upptäcka ett objekts bana baserat på ljusintensiteten som kommer från det objektet snarare än att använda exakta bilder som mänsklig syn, sa Le Song, en medlem av forskargruppen. "Denna rörelsedetekteringsmetod kräver mindre information, så att insekten snabbt kan reagera på ett hot."

Imiterar ett insektsöga

Forskarna använde en metod som kallas enpunktsdiamantsvarvning för att skapa 169 mikrolinser på ytan av det sammansatta ögat. Varje mikrolins hade en radie på cirka 1 mm, skapa en komponent som mäter cirka 20 mm som kunde upptäcka föremål från ett 90-graders synfält. Synfälten för intilliggande mikrolinser överlappade på samma sätt som ommatidia gör för de flesta insekter.

En av utmaningarna med att göra ett konstgjort sammansatt öga är att bilddetektorer är plana medan ytan på det sammansatta ögat är krökt. Genom att placera en ljusguide mellan den böjda linsen och en bilddetektor kunde forskarna övervinna denna utmaning samtidigt som komponenten kunde ta emot ljus från olika vinklar enhetligt.

"Denna enhetliga ljusmottagningsförmåga för vårt bioinspirerade sammansatta öga liknar mer biologiska sammansatta ögon och imiterar bättre den biologiska mekanismen än tidigare försök att replikera ett sammansatt öga, " förklarade Song.

För att använda det konstgjorda sammansatta ögat för att mäta 3D-bana, forskarna lade till rutnät för varje ögla som hjälper till att hitta plats. De placerade sedan LED-ljuskällor på kända avstånd och riktningar från det sammansatta ögat och använde en algoritm för att beräkna 3D-positionen för lysdioderna baserat på ljusets placering och intensitet.

Forskarna fann att det sammansatta ögonsystemet snabbt kunde tillhandahålla 3D-platsen för ett objekt. Dock, platsnoggrannheten minskades när ljuskällorna var längre bort, vilket skulle kunna förklara varför de flesta insekter är närsynta.

Hur insekter ser världen

"Denna design tillät oss att bevisa att det sammansatta ögat kunde identifiera ett objekts plats baserat på dess ljusstyrka istället för en komplex bildprocess, "sa Song." Denna mycket känsliga mekanism passar insekternas hjärnbearbetningsförmåga mycket bra och hjälper dem att undvika rovdjur. "

Enligt forskarna, förmågan hos det nya bioinspirerade sammansatta ögat att upptäcka ett objekts 3D-läge kan vara användbart för små robotar som kräver snabb detektion från ett mycket lätt system. Det erbjuder också ett nytt sätt för biologer att studera insekters visuella system.

Forskarna planerar att bädda in lokaliseringsalgoritmen i plattformar som integrerade kretsar så att systemet kan integreras i andra enheter. De utvecklar också sätt att massproducera de sammansatta ögonlinserna för att minska enhetskostnaden.