Камеры, вдохновленные глазами насекомых, могут дать роботам более широкий обзор

Камеры, вдохновленные сложными глазами насекомых, обеспечивают чрезвычайно широкое поле зрения без дорогих линз, потенциально предлагая дешевые, простые и легкие визуальные датчики для навигации или слежения в роботах и беспилотных автомобилях.

У насекомых, таких как стрекозы, есть глаза, которые в паре обеспечивают поле зрения почти на 360 градусов и помогают им ловко уклоняться от хищников. Их глаза состоят из множества омматидиев, которые по сути представляют собой трубки с простой линзой на одном конце и основным фоторецептором на другом. Их зрение состоит из пиксельных сигналов от больших пучков этих омматидий.

Создание камер, которые могли бы по доступной цене достичь того же результата, либо путем покрытия полусферы датчиками изображения, либо путем создания нескольких объективов для направления света на центральный датчик, оказалось сложной задачей. Теперь Чжиюн Фан и его коллеги из Гонконгского университета науки и технологий воспроизвели архитектуру глаз насекомых, используя нанопроволоки, изготовленные из кристаллического материала, называемого перовскитом, без необходимости изготовления точно изготовленных линз.

Их конструкция состоит из напечатанной на 3D-принтере полусферы диаметром около 2 сантиметров со 121 отверстием, каждое диаметром 1 миллиметр, которые действуют как простая камера-обскура. В каждом отверстии перовскитная нанопроволока направляет свет из очень узкого поля зрения прямо на датчик освещенности, а электроника объединяет результаты в один кадр. Искусственный глаз может генерировать изображения с полем зрения 140 градусов, а перекрывающаяся пара может расширять его до 220 градусов.

Фан говорит, что это может стать огромным стимулом для некоторых приложений робототехники, например, для роя дронов, летающих плотным строем. «Им необходимо сохранять дистанцию, возможно, несколько метров друг от друга, поэтому им необходимо знать точное местоположение и относительную скорость, с которой они приближаются друг к другу и удаляются друг от друга», — говорит он. «Таким образом, сложный глаз важен; у него более широкое поле зрения, а также чувствительность к движению».

Исследователи также создали пару искусственных сложных глаз меньшего размера с 37 датчиками света. Они оснастили этой системой дрон-квадрокоптер и смогли использовать его для отслеживания робота-собаки на земле.

Фэн говорит, что конструкция со сложным глазом также проста, легка и дешева, но она не заменит полностью традиционные камеры. Вместо этого он считает, что устройства будут предоставлять дополнительные данные, которые будут полезны для роботов и других машин, таких как беспилотные автомобили.