亞洲健康互聯
優化產業的推手,生醫商機的GPS!

首頁產業資訊生物經濟生物經濟新型人工複眼改善3D物體追踪

新型人工複眼改善3D物體追踪

來源 : 亞洲健康互聯海外中心
update : 2019/08/20
研究人員創造了一種生物激發的複眼,幫助科學家了解昆蟲如何以這樣的速度感知物體及其軌跡。複眼還可用於機器人、自駕車和無人機的3D定位系統。圖片來源:天津大學Le Song

拍過蒼蠅的人就會知道昆蟲對運動的反應非常迅速。新型具有生物學靈感的複眼可幫助科學家,了解昆蟲如何使用複眼快速感知物體及其軌跡。複眼還可以與相機一起使用,為機器人、自駕車和無人機創建3D定位系統。

在光學學會(OSA)期刊《光學快報》上,來自天津大學的研究人員,以「基於彎曲的仿生複眼檢測物體的三維軌跡」報告了他們新的生物激發複眼,它不僅看起來像昆蟲,而且也像它的天然對應物一樣。複眼由數百至數千個稱為小眼的重複單位組成,每個重複單位都作為單獨的視覺受體。

 研究團隊成員Le Song說:「模仿昆蟲的視覺系統,使我們相信他們可以根據來自該物體的光強來檢測物體的軌跡,而不是使用像人類視覺這樣的精確圖像。 這種運動檢測方法需要較少的資訊,使昆蟲能夠快速對威脅作出反應。」

模仿昆蟲的眼睛
研究人員使用一種稱為單點金剛石車削的方法,在複眼的表面上創造出169個微透鏡。每個微透鏡的半徑約為1毫米,形成一個約20毫米的組件,可以檢測90度視野中的物體。相鄰微透鏡的視野,以與小眼睛對大多數昆蟲相同的方式重疊。

製作人造複眼的一個挑戰是圖像檢測器是平的,而複眼的表面是彎曲的。在彎曲透鏡和圖像探測器之間,放置光導使研究人員能夠克服這一挑戰,同時使組件能夠均勻地接收來自不同角度的光。

「我們的生物激發複眼的均勻光接收能力與生物複眼更相似,並且比先前複​​製複眼的嘗試更能模仿生物機制,」Song解釋說。

為了使用人造複眼來測量3D軌跡,研究人員在每個孔眼上增加了網格,以幫助確定位置。然後,他們將LED光源放置在複眼的已知距離和方向上,並根據光的位置和強度,使用演算法計算LED3D位置。

研究人員發現,複眼系統能夠快速提供物體的3D位置。然而,當光源距離較遠時,定位精度降低,這可以解釋為什麼大多數昆蟲都是近視的。

昆蟲如何看世界
「這種設計使我們能夠證明複眼可以根據其亮度,而不是複雜的圖像處理,來識別物體的位置,」 Song說。「這種高度敏感的機制非常適合昆蟲的大腦處理能力,可以幫助牠們避免掠食者。」

據研究人員稱,新型生物激發複眼可以檢測物體的3D位置,這對於需要從非常輕的系統,快速檢測的小型機器人來說非常有用。它還為生物學家研究昆蟲視覺系統提供了一種新方法。

研究人員正計劃將定位演算法嵌入到整合電路等平台中,以便將系統整合到其他設備中。他們還在開發批量生產複眼透鏡的方法,以降低單位成本。