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天津大学研发仿生复眼 可为自动驾驶汽车等创建3D定位系统

2019-11-08 14:58:48  点击:[2455]

据国外媒体报道,科学家最近发明了一种仿生复眼,它可以帮助科学家理解昆虫如何使用复眼快速感知物体及其运动轨迹。此外,复眼还可以与摄像机一起工作,为机器人、自主飞行器和无人飞行器创建3d定位系统。

(照片来源:天津大学)

中国天津大学的研究人员说,他们已经开发出一种仿生复眼,它不仅看起来像昆虫的眼睛,而且工作起来也像昆虫的眼睛。复眼由成百上千只相同的小眼睛组成,每只小眼睛是一个独立的感光单元。

研究小组的一名成员说:“模仿昆虫的视觉系统让我们知道,与使用精确图像来检测物体轨迹的人类视觉系统不同,昆虫根据物体发出的光的强度来检测物体的轨迹。这种运动检测方法需要的信息较少,并且允许昆虫快速响应威胁。”

模仿昆虫的眼睛

研究人员使用单点金刚石车削方法在复眼表面创建了169个微透镜,每个微透镜的半径约为1毫米,并创建了一个总半径约为20毫米的模块,可以检测90度视场内的物体。相邻微透镜的视野会重叠,就像昆虫的小眼睛一样。

制造人造复眼的挑战之一是图像检测器是平的,而复眼的表面是弯曲的。因此,研究人员在曲面透镜和图像检测器之间放置了一根光导管,克服了这一挑战,使模块能够均匀地接收不同角度的光。

研究人员解释道:“我们制造的仿生复眼具有相同的光接收能力,更类似于生物复眼。与以前复制复眼的尝试相比,它可以更好地模仿生物机制。”

为了使用人工复眼来测量物体的3d轨迹,研究人员在每只眼睛上添加一个网格来辅助定位,然后在复眼的已知距离和方向上放置发光二极管光源,并使用一种算法根据发光二极管光源发出的光的位置和强度来计算发光二极管的3d位置。

研究人员发现复眼系统可以快速提供物体的三维位置。然而,当光源远离时,定位精度会降低,这也可以解释为什么大多数昆虫是近视的。

昆虫如何看待世界

研究人员说:“这种设计使我们能够证明复眼能够根据物体的亮度而不是复杂的图像处理过程来识别它的位置。这种高度敏感的机制与昆虫的大脑处理能力完美匹配,有助于它们避开捕食者。”

据研究人员介绍,这种新型仿生复眼可以检测物体的三维位置,这对小机器人非常有用,因为小机器人需要使用非常轻的重量系统来实现快速检测,也为生物学家研究昆虫视觉系统提供了一种新的方法。

研究人员还计划将定位算法嵌入到集成电路等平台中,以便系统可以集成到其他设备中。为了降低单位成本,研究人员也在开发大规模生产这种复合透镜的方法。

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