Nachbildung des „Auges der Präzision“! Neues Kristallmaterial könnte Sichtfeld auf 360 Grad erweitern

Popular Science Times (Praktikant Wang Yuke)

In der internationalen Fachzeitschrift New Scientist wurde kürzlich ein Artikel veröffentlicht, in dem es heißt, dass von Insekten-Facettenaugen inspirierte Kameras ein extrem weites Sichtfeld ohne teure Linsen erreichen und möglicherweise günstigere, einfachere und leichtere visuelle Sensoren für die Navigation oder Verfolgung von Robotern und selbstfahrenden Autos liefern könnten.

Insekten wie Libellen verfügen über Paaraugen, die ihnen ein Sichtfeld von fast 360 Grad bieten und ihnen dabei helfen, Raubtieren geschickt auszuweichen. Ihre Augen bestehen aus zahlreichen röhrenförmigen Membranen mit einer einfachen Linse an einem Ende und rudimentären Photorezeptoren am anderen Ende. Ihr Sehvermögen besteht aus pixelartigen Eingaben dieser Membranen.

Es hat sich als schwierig erwiesen, eine Kamera zu bauen, die dasselbe kann, indem sie einen Bildsensor auf einer Halbkugel abdeckt oder mehrere Linsen verwendet, um das Licht auf einen zentralen Sensor zu lenken. Ohne dass dafür präzise gefertigte Linsen erforderlich waren, konnten Chi-Yong Fan, Doktorand der interdisziplinären Materialwissenschaften an der Hong Kong University of Science and Technology, und seine Kollegen die Struktur von Insektenaugen mithilfe von Nanodrähten aus einem kristallinen Material namens Peritektisch nachbilden.

Ihr Design besteht aus einer 3D-gedruckten Halbkugel mit einem Durchmesser von etwa 2 Zentimetern. Auf der Halbkugel befinden sich 121 Öffnungen mit jeweils einem Durchmesser von 1 mm, ähnlich einer einfachen Lochkamera. In jedem Loch lenkt ein Peroxid-Nanodraht Licht aus einem extrem engen Sichtfeld auf einen Lichtsensor, und die Elektronik fügt die Ergebnisse zu einem einzigen Bild zusammen. Das künstliche Auge kann Bilder mit einem Sichtfeld von 140 Grad erzeugen, und ein Paar überlappender künstlicher Augen kann das Sichtfeld auf 220 Grad erweitern.

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Fan Zhiyong sagte, dass es bei manchen Roboteranwendungen, wie etwa beim Formationsflug von Drohnenschwärmen, notwendig sei, einen bestimmten Abstand einzuhalten, vielleicht nur ein paar Meter. Sie müssen die genaue Position und relative Geschwindigkeit des jeweils anderen kennen, wenn sie sich nähern und voneinander entfernen. Daher sind Facettenaugen sehr wichtig, da sie ein breiteres Sichtfeld haben und empfindlicher auf Bewegungen reagieren.

Die Forscher entwickelten außerdem ein Paar kleinerer künstlicher Facettenaugen, die mit 37 Lichtsensoren ausgestattet waren. Sie installierten das System auf einer Quadrocopter-Drohne und konnten damit den Roboterhund am Boden verfolgen. Fan Zhiyong sagte, dass das Facettenaugen-Design auch die Vorteile habe, einfach und leicht zu sein, es werde jedoch herkömmliche Kameras nicht vollständig ersetzen.