Глаза роботов нового поколения будут куда ближе по строению и принципам действия к глазам живых существ, чем обычные видеокамеры с объективами и матрицами ПЗС, которыми щеголяют машины в данный момент. В этом убеждены американские биоинженеры.
Профессор Люк Ли (Luke Lee) из университета Калифорнии (University of California, Berkeley) уже много лет занимается созданием технических систем, вдохновляясь подсмотренными у природы «патентами», в частности – необычными системами зрения.
Как пишет про работу биоинженера Ли журнал Science, муха, осьминог и омар — для Люка – это прототипы оптических приборов нового поколения: камер, датчиков движения, навигационных устройств и, возможно, даже протезов сетчатки для людей.
Эволюция произвела, по меньшей мере, десять разных систем видения у животных, и каждая из них «скроена», чтобы соответствовать потребностям владельца.
Все эти системы в чём-то превосходят технологии отображения, которые придумали люди, при этом они зачастую не только более эффективны, но одновременно — просты и изящны.
Животные располагают двумя главными типами зрительных систем: глаз-камера с единственной линзой, проецирующей изображение на сетчатку, и сложные фасеточные глаза, которые имеют множество линз — иногда — тысячи.
Глаз-камера в техническом плане схож с нашими традиционными фото- и видеокамерами, демонстрирующими высочайшие данные.
Тут мы достигли замечательных высот. Однако нет предела совершенству.
Последние разработки Ли и других учёных в области оптических систем инспирированы живыми патентами – например, это оптические системы с гидравликой, меняющей положение линз за счёт смены давления в специальных камерах (как у китов).
Исследователи также изучают пути построения искусственных сетчаток. Что непросто. Учитывая, что обычные оптические датчики – плоские и жёсткие, в то время как сетчатки – части сферы, и податливые.
В то же время Ли говорит, что для многих областей применения куда перспективнее будет подражание редким типам зрительных систем. Собственно – это конёк американского профессора.
Так, недавно он и его коллеги изготовили искусственный омматидий (фасетку) – элементарную светоприёмную ячейку сложного глаза стрекоз и многих других насекомых.
Омматидии посылают свои сигналы в мозг одновременно, позволяя насекомым эффективно и быстро обнаруживать движение и выполнять признание изображения (это один из секретов мух, так ловко уклоняющихся от мухобоек).
Искусственный аналог фасетки содержит крошечную линзу, связанную с волноводом, который направляет свет вниз на оптико-электронное устройство.
Масса таких фасеток может быть размещена на куполе, давая возможность прибору видеть едва ли не во всех направлениях одновременно.
Совмещение двух таких систем «спина к спине», гипотетически, обеспечит полное сферическое поле зрения: 360 градусов по горизонтали и 360 градусов по вертикали (о другом методе обеспечения обзора в тысячи градусов в одном кадре — читайте здесь).
«И всё это может, потенциально, иметь размер маленькой таблетки. Как насчёт того, чтобы проглотить такое устройство и получить полный взгляд на себя изнутри?», — спрашивает Ли.
Исследователи также берут уроки оптики у животных, про которых до недавнего времени даже не думали, что у них есть зрение. Так несколько лет назад учёные обнаружили, что одна из разновидностей морских звёзда (brittle star) «оснащена» особыми кристаллами кальцита по всему телу, которые служат необычными светоприёмниками, формирующими систему, родственную сложному глазу насекомых.
Эти сложные кристаллы, как оказалось, могут дать толчок к развитию новых оптоволоконных систем.
А ещё Ли сообщает, что в конструкции своих оптических систем применяет не твёрдые полупроводники, металл и стекло, а гибкие полимеры, жидкости и тому подобное, опять-таки, подражая природе. Он говорит, что такой подход позволит улучшить разные качества оптико-электронных систем формирования изображений и даже придать им новые свойства.
Так что возможно, что в скором времени роботы, охранные системы или летающие машины получат «глаза», по своему строению куда более приближенные к глазам живым, чем нынешние традиционные видеокамеры.
