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生物技術(shù):“蝦蛄眼”相機(jī)
來源:
環(huán)球科學(xué)
發(fā)布時間:
2021-05-28
瀏覽次數(shù):
1397
生物技術(shù):“蝦蛄眼”相機(jī)
一只雌性蝦蛄
。
圖片來源
:美國國家科學(xué)基金會
在動物王國中,蝦蛄擁有攻擊速度最快的頭銜,它的威力足以打破貝殼和水族箱的玻璃。它們還有世界上最復(fù)雜、最非凡的眼睛。人的眼睛有三種光感受細(xì)胞,但這些甲殼類動物有十幾種,它們能夠感知到其他動物看不見的光線特性。
如今,伊利諾伊大學(xué)厄巴納-香檳分校的工程師們已經(jīng)制作出了一臺相機(jī),很好地模擬了甲殼動物令人印象深刻的視覺系統(tǒng)。這臺長度只有3厘米左右的立方體設(shè)備在《光學(xué)》(
Optica
)雜志上出現(xiàn)在了大眾眼前。研究人員聲稱,在批量生產(chǎn)后,每臺售價可以低到10美元。他們相信,這套設(shè)備可以用來幫助汽車探測危險,幫助軍用無人機(jī)看到偽裝或遮擋背后的目標(biāo),并且?guī)椭饪漆t(yī)生更精準(zhǔn)地工作。
蝦蛄眼部特寫
。
圖片來源
:
Alexander Vasenin
蝦蛄有兩種視覺超能力。首先,它們可以感知“偏振光”(polarized light),在偏振光中所有光波在同一個平面上振動(而非偏振光則在各個方向上振動)??梢苑垂獾奈矬w總是會反射出一組偏振光,利用這項特性可以很好地從混雜的背景中區(qū)分出這個物體。蝦蛄就利用了這項特性在藍(lán)色的海洋中尋找獵物。它們探測到的光強(qiáng)變化范圍也特別大(動態(tài)范圍很寬),這讓他們可以同時看到非常明亮和非常黑暗的區(qū)域。
新的相機(jī)模仿了這兩種能力。電子計算機(jī)工程師維克托·格魯耶夫(Viktor Gruev)和同事共同合作,制造了一種由微型的硅基光線探測器組成的陣列。當(dāng)然,類似的偏振單元也出現(xiàn)在其他商業(yè)相機(jī)中。但是,傳統(tǒng)的探測器產(chǎn)生的電流與光強(qiáng)成線性方式增長,而新的探測器則以指數(shù)方式響應(yīng),因此,產(chǎn)生的動態(tài)范圍大約是現(xiàn)行商業(yè)相機(jī)的10 000倍。研究人員還在探測器上覆蓋了微型鋁線,從而用來模擬蝦蛄眼中的微絨毛,這是它們用來過濾和感受偏振光的管狀結(jié)構(gòu)。
一只蝦蛄。圖片來源:Silke Baron
為了進(jìn)行實地測試,研究人員在一輛車上同時裝了新相機(jī)和普通相機(jī)。格魯耶夫說,蝦眼相機(jī)拍攝的照片所呈現(xiàn)出的對比度更高,尤其是在霧氣朦朧和陰雨連綿的環(huán)境下,在大量高光或者暗光的場景中,也能表現(xiàn)出很好的對比度。
馬里蘭大學(xué)的生物學(xué)教授托馬斯·克羅寧(Thomas Cronin)并沒有參與這項研究,但他認(rèn)為蝦蛄是唯一能感知到全光譜顏色和偏振的生物,因此很適合用于相機(jī)仿生學(xué)研究。他說:“這項技術(shù)可以在復(fù)雜的背景中為你呈現(xiàn)清晰的圖像,而其他技術(shù)很難做到?!?/div>
撰文:普拉奇·帕特爾(Prachi Patel)
翻譯:趙巖
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