Камеры смартфонов значительно модернизированы с момента их появления в 1999 году. Однако несмотря на всю их новизну, они не застрахованы от ошибок. Обычно ошибки случаются при совмещении разных длин волн на одном изображении. Для обывательских изображений и селфи для соцсетей проблем нет. Во всех других случаях качество камеры и снимков должно быть гарантированно хорошим.
Ученые не первый год бились над решением этой задачи. И ответ был найден в глазах
Глаза-как-прибор
Глаза — самые совершенные оптические приборы, созданные природой. Но у всех живых существ они разные и устроены по-своему. Все зависит от функций.
На что способны глаза:
- Глаза человека имеют три фоторецептора. Они различают три основных цвета: красный, зеленый и синий.
- Глаза собак обладают двумя фоторецепторами, которые реагируют на зеленый и синий цвета.
- Птицы, в отличие от человека и собак, имеют сразу четыре фоторецептора. Один из рецепторов способен уловить ультрафиолетовый цвет.
- И наконец, глаза креветок-богомолов имеют от 12 до 16 отдельных фоторецепторов. Такое множество нейронов позволяет их глазам видеть как ультрафиолет, так и поляризованный свет.
Глаза креветки-богомола считают самыми сложными в животном мире. Некоторые из таких креветок могут настраивать для адаптации к среде чувствительность длинноволнового цветового зрения.
Как же устроена зрительная система креветок-богомолов? Они имеют три псевдозрачка. Эти органы расположены друг над другом. А еще у них есть десятки тысяч скоплений фоторецепторных нейронов. Клетки образуют омматидии, что делает глаза креветок-богомолов схожими по структуре с фасеточными глазами мух.
В середине глаза креветки-богомола находится шесть рядов омматидий. Каждый из рядов может обнаружить определенные световые длины. С 1 по 4 ряд настроены на восприятие ультрафиолета, а 5 и 6 ряды видят поляризационный свет благодаря крошечным волоскам.
Глаза креветки не просто смотрят на окружающий мир, они его сканируют, постоянно их перемещая.
Датчик, вдохновленный природой
Вдохновившись сложным и многоуровневым строением глаз креветок-богомолов, ученые создали крошечный датчик. Он умеет декомпозировать длины волн видимого света на более узкие полосы. И, что также важно, подобно глазам креветок-богомолов, датчик ловит поляризационный и ультрафиолетовый свет.
Датчик получил название SIMPOL, аббревиатура расшифровывается как Stomatopod Inspired Multispectral and POLarization sensitive. Вдоль вертикальной оси в датчике сложены 6 фотоэлементов — здесь и идет отсылка к глазу ракообразных. В итоге датчик способен обнаружить как гиперспектральный, так и поляризационный свет.
Соавтор работы Брендан О’Коннор считает, что разработка поможет росту и развитию нового поколения органических электронных сенсорных технологий.
Чтобы убедиться в функциональности изобретения, ученые построили прототип прибора SIMPOL. С ним и провели тесты в лабораторных условиях. В результате обнаружено, что датчик умеет обрабатывать одновременно четыре спектральных сигнала и три поляризационных. Причем есть потенциал нарастить количество обрабатываемых сигналов до 15. Все это выгодно отличает прибор от традиционных CCD-камер в смартфонах, которые распознают только три источника спектральных изображений (красный, зеленый и синий).
Разработчики считают, что актуально использование программами искусственного интеллекта гиперспектральных и поляризационных изображений с внушительным объемом данных. Но имеющееся в данный момент оборудование довольно громоздко. С новым датчиком удастся посмотреть в сторону компактных и удобных для пользователей агрегатов.
