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研究人员基于昆虫创造出复眼

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来自中国天津大学的研究人员已经开发出一种新型的具有生物启发性的复眼。它将用于帮助科学家更好地了解昆虫如何用其复眼以极快的速度感测物体和轨迹。研究人员也在研究如何将其与相机配合使用,以创建用于机器人,自动驾驶汽车和无人机的3D定位系统。 

这种新型的受生物启发的复眼在《光学学会》(OSA)期刊上有所报道 光学字母。 它既像昆虫,又像昆虫。昆虫的复眼由成百上千的小眼或重复单元组成。他们每个人都充当一个单独的视觉感受器。 

研究团队成员Le Song就新项目发表了讲话。 

“模仿昆虫的视觉系统使我们相信,昆虫可能会根据来自该物体的光强度来检测物体的轨迹,而不是使用人类视觉等精确的图像,” Le Song said. “这种运动检测方法需要的信息较少,使昆虫可以对威胁做出快速反应。”

研究人员通过一种称为单点钻石车削的方法在复眼的表面上制造了169个微透镜。微透镜的半径约为1mm,这产生了约20mm的分量。它能够从90度视角检测物体。 

研究人员在创建复眼时遇到的问题之一是,当复眼的表面弯曲时,图像检测器会保持平坦。他们通过在弯曲的镜头和图像检测器之间放置一个光导来解决这个问题。通过这样做,团队能够使组件均匀地接收来自不同角度的光。 

“与以前仿制复眼的尝试相比,我们受生物启发的复眼的这种均匀的光接收能力与生物复眼更相似,并且更好地模仿了生物学机制,” said Song.

在测量3D轨迹时,研究人员在复眼的每个孔眼上放置了网格以帮助检测位置。然后将LED光源放置在不同的距离和方向。复眼使用一种算法,根据光线的位置和强度来计算LED的3D位置。 

复眼能够非常快速地检测到对象的3D位置。一个问题是,当光源距离较远时,定位精度会降低。这可能是大多数昆虫近视的原因。 

“这种设计使我们能够证明复眼可以识别物体’根据其亮度而不是复杂的图像处理来定位” said Song. “这种高度敏感的机制非常适合昆虫的大脑加工能力,并有助于它们避开捕食者。”

研究人员认为,由于这种新的复眼可以检测物体的3D位置,因此可以用于需要从轻型系统快速检测到的小型机器人。这项新技术还可以帮助科学家更好地了解昆虫。 

科学家的下一步是将定位算法放到不同的平台(例如集成电路)中,以便该系统可以在其他设备中使用。他们还希望能够大量生产复眼以降低成本。 

 

亚历克斯·麦克法兰(Alex McFarland)是一位历史学家和新闻工作者,报道了人工智能的最新发展。