Forskare från Gwangju Institute of Science and Technology i Korea har i en ny studie utvecklat ett artificiellt synsystem som är modellerat efter krabbaögonstrukturen för spelman, som lämpar sig för både land- och undervattensmiljöer och ger en panoramabildsförmåga. Kredit:Prof. Young Min Song från GIST, Korea
System för artificiell syn har ett brett utbud av tillämpningar, inklusive självkörande bilar, objektdetektering, skördövervakning och smarta kameror. Sådan vision är ofta inspirerad av visionen om biologiska organismer. Till exempel har människors och insekters syn inspirerat konstgjord syn på jorden, medan fiskögon har lett till konstgjord syn i vatten. Även om framstegen är anmärkningsvärda, lider nuvarande artificiella syner av vissa begränsningar:de är inte lämpliga för avbildning av både land- och undervattensmiljöer och är begränsade till ett halvsfäriskt (180°) synfält (FOV).
För att övervinna dessa problem har en grupp forskare från Korea och USA, inklusive professor Young Min Song från Gwangju Institute of Science and Technology i Korea, nu designat ett nytt artificiellt synsystem med en rundstrålande avbildningsförmåga, som kan fungera i både vatten och vatten terrestra miljöer. Deras studie gjordes tillgänglig online den 12 juli 2022 och publicerades i Nature Electronics den 11 juli 2022.
"Forskning inom bioinspirerad syn resulterar ofta i en ny utveckling som inte fanns tidigare. Detta möjliggör i sin tur en djupare förståelse av naturen och säkerställer att den utvecklade bildapparaten är både strukturellt och funktionellt effektiv", säger prof. Song. förklarar hans motiv bakom studien.
Inspirationen till systemet kom från spelmanskrabban (Uca arcuata), en halvjordisk krabbaart med amfibieavbildningsförmåga och en 360° FOV. Dessa anmärkningsvärda egenskaper är resultatet av den ellipsformade ögonskaftet på spelmanskrabbans sammansatta ögon, vilket möjliggör panoramabilder och platta hornhinnor med en graderad brytningsindexprofil, vilket möjliggör amfibieavbildning.
Följaktligen utvecklade forskarna ett synsystem bestående av en rad platta mikrolinser med en graderad brytningsindexprofil som integrerades i en flexibel kamformad kiselfotodioduppsättning och sedan monterades på en sfärisk struktur. Det graderade brytningsindexet och den plana ytan på mikrolinsen optimerades för att kompensera för defokuseringseffekterna på grund av förändringar i den yttre miljön. Enkelt uttryckt fick ljusstrålar som färdades i olika medier (motsvarande olika brytningsindex) att fokusera på samma plats.
För att testa kapaciteten hos deras system utförde teamet optiska simuleringar och bilddemonstrationer i luft och vatten. Amfibieavbildning utfördes genom att nedsänka enheten halvvägs i vatten. Till deras glädje var bilderna som producerades av systemet tydliga och fria från förvrängningar. Teamet visade vidare att systemet hade ett panorama synfält, 300 o horisontellt och 160 o vertikalt, i både luft och vatten. Dessutom var det sfäriska fästet bara 2 cm i diameter, vilket gjorde systemet kompakt och bärbart.
"Vårt visionsystem kan bana väg för 360° rundstrålande kameror med applikationer i virtuell eller förstärkt verklighet eller en vision för alla väder för autonoma fordon", spekulerar Prof. Song upphetsat. + Utforska vidare
