Se hai mai provato a scacciare una mosca, sai che gli insetti reagiscono al movimento in modo estremamente rapido. Un nuovo occhio composto di ispirazione biologica sta aiutando gli scienziati a capire come gli insetti usano i loro occhi composti per percepire un oggetto e la sua traiettoria con tale velocità. L'occhio composto potrebbe anche essere utilizzato con una telecamera per creare sistemi di localizzazione 3D per robot, auto a guida autonoma e veicoli aerei senza equipaggio.

Nella rivista The Optical Society (OSA) Lettere di ottica , i ricercatori dell'Università di Tianjin in Cina segnalano il loro nuovo occhio composto bioispirato, che non solo assomiglia a quello di un insetto, ma funziona anche come la sua controparte naturale. Gli occhi composti sono costituiti da centinaia o migliaia di unità ripetute note come ommatidi che agiscono ciascuno come un recettore visivo separato.

"Imitare il sistema di visione degli insetti ci ha portato a credere che potrebbero rilevare la traiettoria di un oggetto in base all'intensità della luce proveniente da quell'oggetto piuttosto che utilizzare immagini precise come la visione umana, " disse Le Song, un membro del gruppo di ricerca. "Questo metodo di rilevamento del movimento richiede meno informazioni, permettendo all'insetto di reagire rapidamente a una minaccia."

Imitare l'occhio di un insetto

I ricercatori hanno utilizzato un metodo noto come tornitura del diamante a punta singola per creare 169 microlenti sulla superficie dell'occhio composto. Ogni microlente aveva un raggio di circa 1 mm, creando un componente di circa 20 mm in grado di rilevare oggetti da un campo visivo di 90 gradi. I campi visivi delle microlenti adiacenti si sovrapponevano allo stesso modo degli ommatidi per la maggior parte degli insetti.

Una delle sfide nella realizzazione di un occhio composto artificiale è che i rilevatori di immagini sono piatti mentre la superficie dell'occhio composto è curva. Il posizionamento di una guida di luce tra la lente curva e un rilevatore di immagini ha permesso ai ricercatori di superare questa sfida, consentendo anche al componente di ricevere la luce da diverse angolazioni in modo uniforme.

"Questa capacità di ricezione della luce uniforme del nostro occhio composto bioispirato è più simile agli occhi composti biologici e imita meglio il meccanismo biologico rispetto ai precedenti tentativi di replicare un occhio composto, " ha spiegato Canzone.

Per utilizzare l'occhio composto artificiale per misurare la traiettoria 3D, i ricercatori hanno aggiunto griglie a ciascun occhiello che aiutano a individuare la posizione. Hanno quindi posizionato sorgenti luminose a LED a distanze e direzioni note dall'occhio composto e hanno utilizzato un algoritmo per calcolare la posizione 3D dei LED in base alla posizione e all'intensità della luce.

I ricercatori hanno scoperto che il sistema dell'occhio composto era in grado di fornire rapidamente la posizione 3D di un oggetto. Però, la precisione della posizione è stata ridotta quando le sorgenti luminose erano più lontane, il che potrebbe spiegare perché la maggior parte degli insetti è miope.

Come vedono il mondo gli insetti

"Questo progetto ci ha permesso di dimostrare che l'occhio composto poteva identificare la posizione di un oggetto in base alla sua luminosità invece di un complesso processo di immagine, " ha detto Song. "Questo meccanismo altamente sensibile si adatta molto bene alla capacità di elaborazione del cervello degli insetti e li aiuta a evitare i predatori".

Secondo i ricercatori, la capacità del nuovo occhio composto di ispirazione biologica di rilevare la posizione 3D di un oggetto potrebbe essere utile per i piccoli robot che richiedono un rilevamento rapido da un sistema molto leggero. Offre anche un nuovo modo per i biologi di studiare i sistemi visivi degli insetti.

I ricercatori stanno pianificando di incorporare l'algoritmo di localizzazione in piattaforme come i circuiti integrati per consentire l'integrazione del sistema in altri dispositivi. Stanno anche sviluppando modi per produrre in serie le lenti per occhi composte per ridurre il costo unitario.