При разработке новых цифровых камер учёные черпали вдохновение у природы
Глаза жуков, птиц и человека имеют одну общую черту – они все круглые. Практически все органы зрения в природе имеют изогнутую форму. Так почему же все сделанные человеком камеры используют плоские линзы и жёсткие кремниевые чипы?
Используя природу в качестве проводника, несколько учёных разработали цифровую видеокамеру «bug’s eye» (глаз жука), полностью смоделированную по подобию глаз таких насекомых, как мухи, муравьи и жуки.
Структура глаз большинства насекомых состоит из длинных, цилиндрических структурных единиц, которые называются омматидиями – роговая оболочка глаза, соединённая с фоточувствительным органом и окружённая тёмным веществом для предотвращения проникновения света из одной линзы в соседние. Когда эти цилиндрические омматидии сгруппировываются вместе, они образуют купольную форму, а их верхние части представляют роговицу глаза насекомого.
«Если взглянуть на структуру глаз насекомых и на наши оптические системы, можно найти действительно точные и явные аналогии между всеми составными частями», – сказал Джон Роджерс (John Rogers), профессор из Иллинойского университета.
Завершённая «омматидия» новой камеры состоит из крошечных микролинз, подключённых к фоточувствительному компьютерному чипу при помощи эластомера – молекулярного соединения с эластичными свойствами.
Такие искусственные омматидии, в количестве 200-500 единиц, были встроены в лист изогнутого и гибкого ластика. «Такое количество соответствует числу омматидий в глазу муравья или обычного жука короеда. Это нижний предел количества омматидий, который встречается у насекомых. Верхний предел их количества находится в промежутке от 10 тысяч до 20 тысяч, которые можно найти в одном глазу богомола или стрекозы», – объяснил Роджерс.
Как он рассказал, производство таких камер возможно, однако требует тонкости, которой его команда просто не может достичь в академической лаборатории. Создание камер с разрешающей способностью как у «стрекозы или больше» потребует специализированного современного производственного оборудования.
Инновационная технология, на которую учёных вдохновили насекомые, обладает большим количеством преимуществ перед камерами с плоскими линзами, особенно это касается одновременного фотографирования нескольких объектов. Благодаря углу обзора в 160 градусов, она также получает значительное преимущество при съёмке пейзажей.
Другим плюсом такой камеры является гибкость пластичного листа, в который встроены омматидии, что позволяет его использовать как на изогнутой, так и на плоской поверхностях. Возможно даже надуть его как воздушный шарик, регулируя диапазон захвата.
Такие функции делают данную камеру очень полезной для охранных целей, в частности для систем видеонаблюдения или беспилотных летательных аппаратов.
Прежде чем подобные камеры появятся на прилавках магазинов, вероятно, пройдёт ещё пара лет. А тем временем, Роджерс надеется найти новые способы применения оптических систем природы в технологиях человека. Например, глаза омаров и креветок сделаны из коробчатых рецепторов, которые помогают им воспринимать визуальную информацию даже при очень слабом освещении.
Полную версию статьи (на английском языке) читайте здесь