Hi-Tech

Как пауки помогли создать миниатюрный датчик глубины

Природа порой способна удивить тем, на что способна!

Поэтому неудивительно, что человечество регулярно «ворует» у живой природы идеи для создания чего-то нового. Несмотря на все технологические достижения, ничто из них не сравнится с тем, на что способна эволюция. Эти маленькие создания обладают впечатляющим чувством глубины. Взять, к примеру, прыгающих пауков. Вдохновленные этими пауками, исследователи из Гарвардской Школы инженерных и прикладных наук Джона А. Несмотря на их крошечный мозг, оно позволяет им точно набрасываться на ничего не подозревающие цели, находящиеся на огромном расстоянии от них. Полсона (SEAS) разработали компактный и эффективный датчик глубины.

Что такое датчик глубины?

Зная время отражения, на основе скорости света можно вычислить точное расстояние до объекта. Как правило, под этим термином подразумевается ToF-датчик (расшифровывается как Time of Flight) — это специальный сенсор, который излучает свет и регистрирует скорость его отражения от объекта. Например, Face ID на iPhone использует тысячи лазерных точек для считывания контуров лица. Многие современные датчики глубины, например в телефонах, используют встроенные источники света и несколько камер для измерения расстояния. Это работает для больших гаджетов с хорошей аккумуляторной батарей, но что насчет небольших устройств с ограниченной вычислительной мощностью и батареей, таких как смарт-часы?

Оптические нанотехнологии, наконец, позволяют нам создавать искусственные датчики глубины и другие системы, которые столь же разнообразны и эффективны, как и те, что создала природа. Эволюция создала большое разнообразие оптических конфигураций и систем зрения, которые адаптированы к различным задачам, — говорит Чжуцзюнь Ши, кандидат физико-математических наук и один из ведущих авторов работы.

Попробуйте следующее: держите палец прямо перед лицом и попеременно открывайте и закрывайте глаза. Люди измеряют глубину с помощью своей системы зрения, то есть, когда мы смотрим на объект, каждый из наших двух глаз видит немного разное изображение. Наш мозг берет эти два изображения, исследует и, основываясь на том, как смещаются объекты, вычисляет расстояние до пальца. Видите, как «двигается» палец?

У людей имеется большой мозг для таких вычислений, а вот у пауков-нет. Этот расчет, когда вы берете два изображения и выполняете сопоставление соответствующих частей, является довольно сложным.

В каждом глазу паука есть несколько слоев сетчатки разной степени прозрачности, и все они воспринимают объект одновременно. Прыгающие пауки разработали более эффективную систему для измерения глубины. Изменение фокуса и позволяет мозгу паука определить точное расстояние до жертвы. Когда паук смотрит, скажем, на муху одним глазом, на одной сетчатке она будет более четкой, а на другой — более смазанной. А мы, между прочим, регулярно пишем для вас что-то интересное на нашей страничке в Яндекс.Дзен. А вы знали, как устроена система зрения пауков? Так что подписывайтесь!

Но до сих пор для воссоздания чего-то подобного требовались большие камеры с механическими внутренними компонентами, которые могут захватывать изображения с различной степенью фокусировки. В «компьютерном зрении» этот тип вычисления расстояния известен как «глубина расфокусировки». И тут на помощь приходят металинзы.

Читайте также: Материал, созданный из табачных листьев, оказался таким же прочным, как дерево или пластик

Затем алгоритм обрабатывает два этих изображения и выстраивает своеобразную «карту глубины», указывающую на расстояние до объекта. Металинза — это линза, которая расщепляет свет и формирует два по-разному расфокусированных изображения на фотосенсоре.

Новая технология откроет широкий спектр возможностей в науке и технике. Металинзы — крайне перспективная технология, которая сделает сенсоры намного эффективнее, быстрее, но при этом гораздо проще, чем существующие линзы.

В научной сфере мы получим более качественные телескопы, а также датчики для микроботов и других роботов, которые сделают их ориентацию в пространстве еще лучше. В частности, новая разработка отлично подойдет для совершенствования технологии фокусировки камер, улучшения качества снимков.

Теги
Показать больше

Похожие статьи

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Кнопка «Наверх»
Закрыть