类比昆虫眼睛天津大学开发仿生复眼为自动驾权衡

类比昆虫眼睛！天津大学开发仿生复眼为自动驾驶创建3D定位系统

据外媒报道，近日，科学家们发明了一种仿生复眼，可以帮助科学家了解昆虫是如何利用自己的复眼快速感知物体以及物体的运动轨迹。此外，该种复眼还可与摄像头一起工作，为机器人、自动驾驶汽车和无人机创建3D定位系统。

中国天津大学的研究人员表示他们研发出一种仿生复眼，该种眼睛不仅看起来像昆虫的眼睛，而且工作起来也与昆虫的眼睛类似。复眼由数百至数千个相同的小眼组成，而且每一个小眼都是一个独立的感光单位。

研究小组中一名成员表示：“模仿昆虫的视觉系统让我们知道，与人类视觉系统中利用精确图像来探测物体的轨迹不同，昆虫会根据物体发出的光的强度来探测物体的轨迹。此种运动探测法需要的信息更少，可以让昆虫快速对威胁做出反应。”

昆虫复眼视觉系统在原理上具有体积小、重量轻、视场角大、时间分辨率高、运动目标探测灵敏等优点，使其具有其它成像方法无法比拟的优势。然而昆虫复眼快速感知物体目标运动轨迹的机理尚不明确。研究团队利用单点金刚石切削法，在聚甲基丙烯酸甲酯上制作了表面有169个子眼的仿生复眼。这种仿生复眼可模拟昆虫复眼功能，每个子眼均可作为独立的视觉感受器。子眼半径约1毫米，169个子眼形成一个尺寸约为20毫米的组件，其视场角可达90度。研究人员通过在构成复眼的曲面透镜和图像探测器之间放置一个锥形导光器件，使表面弯曲的复眼可以均匀地接收来自不同角度的光。

模仿昆虫的眼睛

研究人员采用了单点金刚石车削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，创建了一个总半径约为20毫米的组件，可以探测90度视野范围内的物体。相邻的微透镜视野范围会重叠，与昆虫的小眼一样。

制造人工复眼的挑战之一是图像探测器是平的，而复眼的表面是弯曲的。于是，研究人员在曲面透镜和图像探测器之间放置了一个导光管，克服了这一挑战，同时也让组件能够均匀地接收来自不同角度的光。

研究人员解释说：“我们制造的仿生复眼具备相同的接收光线能力，与生物复眼更加类似。与之前复制复眼的尝试相比，更能模仿生物机制。”

为了利用该人工复眼测量物体的3D轨迹，研究人员在每个孔眼都增加了格，以帮助进行定位，然后再在复眼已知距离和方向上放置LED光源，并使用一种算法根据LED光源发出的光线的位置和强度，计算出LED的3D位置。

研究人员发现，该复眼系统能够快速提供物体的3D位置。但是，当光源距离较远时，定位精度就会降低，这也可以解释为什么大多数昆虫都是近视眼。

昆虫如何看世界

研究人员表示：“这个设计让我们能够证明，复眼可以根据物体的亮度，而不是复杂的图像处理过程，来识别其位置。这种高度敏感的机制与昆虫的大脑处理能力能够完美配合，帮助它们躲避捕食者。”

据研究人员所说，此种新型仿生复眼能够探测物体的3D位置，对于小型机器人来说非常有用，因为小型机器人需要利用一个重量非常轻的系统实现快速探测，也为生物学家研究昆虫的视觉系统提供了一种新方法。

小牛队已经和吉姆-奥布莱恩达成协议 研究人员还计划将该定位算法嵌入至集成电路等平台，使该系统能够整合至其他设备中。为了降低单位成本，研究人员还在研发大规模生产此类复眼镜片的方法。