Инженеры сконструировали бионический глаз по образцу фасеточного зрения мух
Фасеточные глаза скромной плодовой мушки — настоящее чудо природы. Они обладают широким углом обзора и обрабатывают визуальную информацию в несколько раз быстрее человеческого глаза. Вдохновившись этим биологическим шедевром, исследователи из Китайской академии наук разработали миниатюрный сложный глаз, который способен не только видеть, но и обонять. Эта разработка может значительно повысить эффективность навигации дронов и роботов в сложных условиях и их способность уклоняться от препятствий.
Обычные камеры, устанавливаемые на роботов и дроны, могут превосходно снимать видео в высоком разрешении, но страдают от узкого поля зрения и ограниченного периферического обзора. К тому же они, как правило, громоздки и потребляют много энергии.
Как создавали робоглаз
Чтобы создать искусственный глаз, разработчики напечатали линзы прямо на гибких сенсорах, используя технику фемтосекундной лазерной двухфотонной полимеризации. Подробности можно узнать на страницах журнала Nature Communications.
Получившаяся структура состоит из 1027 крошечных индивидуальных зрительных элементов, упакованных на площади всего около 1,5×1,5 мм. Между линзами ученые также напечатали микроскопические щетинки, как у настоящих плодовых мушек. Они нужны, чтобы линзы оставались чистыми даже во влажной среде.
С помощью струйной печати систему дополнили химическим массивом, меняющим цвет. Он выполняет функцию искусственного носа, реагируя на присутствие опасных газов в воздухе. Таким образом, устройство имитирует способность мухи использовать несколько органов чувств одновременно, хотя у настоящей плодовой мушки нос, конечно, не в глазу — у нее вообще его нет.
Авторы назвали свою разработку bio-CE. Для испытаний ее установили на миниатюрного четырехколесного робота. В экспериментах устройство обнаруживало движущиеся объекты и реагировало на близлежащие препятствия. В отличие от традиционных роботов, которые видят в основном то, что находится прямо перед ними, этот, благодаря 180-градусному полю зрения, мог одновременно замечать препятствия слева и справа, не поворачиваясь. Кроме того, он ощущал присутствие опасных газов.
«Система bio-CE демонстрирует исключительно высокую чувствительность для широкоугольного обнаружения движущихся целей и предотвращения столкновений, открывая широкие перспективы для навигации беспилотных платформ и создания интеллектуальных бионических роботов», — написано в статье.
Совершенствование зрения
Бионический глаз стал огромным шагом вперед, но без недочетов не обошлось. Миниатюризация и высокая скорость работы потребовали компромиссов, в частности, устройство не видит в высоком разрешении. Из-за изогнутой формы линз изображения получаются с геометрическими искажениями. Химическая реакция сенсоров, меняющих цвет, протекает несколько медленнее, чем работа зрительной части глаза.
Тем не менее, после того как эти недоработки будут устранены, система сможет найти применение в самых разных областях: от поиска утечек химикатов в зонах бедствия до управления крошечными дронами, обследующими завалы разрушенных зданий в поисках выживших.
