Wenn Sie durch die Augen einer anderen Kreatur sehen könnten, könnte die Mantis-Garnele die letzte auf Ihrer Wunschliste sein. Aber das sollte nicht sein.
Forscher haben einen neuartigen optischen Sensor entwickelt, der so klein ist, dass er auf ein Smartphone passt - und laut einer mit Interessante Technik | wissenschaft-x.com geteilten Pressemitteilung mit Embargo für hyperspektrale und polarimetrische Bildgebung geeignet ist.
Während nur in der Proof-of-Concept-Phase, sind die neuen Erkenntnisse in der Zeitschrift veröffentlicht Fortschritte in der Wissenschaft .
Die Mantis-Garnele verändert Ihre Sicht auf die Welt.
Menschliche Augen haben drei Fotorezeptoren: Rot, Grün und Blau. Im Vergleich zu Hunden, die nur die beiden letzteren haben, ist unser Sehvermögen außergewöhnlich. Aber im Vergleich zu den Mantis-Garnelen leben wir in einem bedauernswerten Zustand.
Mantis-Garnelen haben das komplexeste visuelle System der Welt - mit bis zu 16 Fotorezeptoren , sie können neben menschlichem sichtbarem und polarisiertem Licht auch im ultravioletten Licht sehen. Tatsächlich sind Mantis-Garnelen die einzigen bekannten Tiere, die in der Lage sind, zirkular polarisiertes Licht zu erfassen - wenn sich ein Teil des Lichts kreisförmig drehtBewegung.
Sie können die Tiefe auch mit einem Auge sehen und beide Augen unabhängig voneinander bewegen. Der bloße Versuch, sich vorzustellen, wie Mantisgarnelen sehen, ist umwerfend. Ähnlich wie Fliegen haben Mantisgarnelen Facettenaugen, die aus Zehntausenden von Ommatidien bestehenElemente, die neben Pigment- und Trägerzellen einen Cluster von Photorezeptorzellen enthalten.
Definition von Polarimetrie und hyperspektraler Bildgebung
"Viele Programme für künstliche Intelligenz KI können datenreiche hyperspektrale und polarimetrische Bilder verwenden, aber die für die Aufnahme dieser Bilder erforderliche Ausrüstung ist derzeit etwas sperrig", sagte ein mitkorrespondierender Autor, Michael Kudenov, über das Papierwork, der auch außerordentlicher Professor für Elektro- und Computertechnik an der North Carolina State University ist. "Unsere Arbeit hier ermöglicht kleinere, benutzerfreundlichere Geräte. Und das würde es uns ermöglichen, diese KI-Fähigkeiten in Bereichen von der Astronomie bis besser einzusetzenBiomedizin. "
Hyperspektrale Bildgebung bezieht sich auf neuartige Technologien, mit denen sichtbare Wellenlängen des Lichts in schmale Bänder zerlegt werden können, die das menschliche Auge allein nicht wahrnehmen kann. Computer können sie jedoch sehen. Dies macht die hyperspektrale Bildgebung ideal für Aufgaben wie die Identifizierung der chemischen Zusammensetzung von Objekten inein Bild.
Polarimetrie ist ein Begriff, der für die Messung der Polarisation von Licht verwendet wird. Er besteht aus Daten, mit denen Wissenschaftler und Ingenieure die Oberflächengeometrie eines Objekts in einem Bild identifizieren können. Beispielsweise kann zwischen rauen und glatten Oberflächen unterschieden werden.zusätzlich zum Winkel einer Oberfläche relativ zu einer Lichtquelle.
Smartphone-Kameradesigns verursachen subtile Ausrichtungsfehler
Licht ist schwer zu besprechen - seit es existiert sowohl als Teilchen als auch als Welle . Wenn es sich zwischen zwei diskreten Punkten bewegt, ist der Weg zwischen ihnen die Richtung des Lichts. Als Teilchen bewegt sich Licht in einer geraden Linie von A nach B. Es existiert aber auch als elektromagnetisches Feld, das von Ort zu Ort variiertwie eine Welle.
Wenn Sie sich eine Welle vorstellen, die von Seite zu Seite steigt und fällt, während sie sich von A nach B bewegt, wird die Polarisation zum Maß für die Verteilung der Welle entlang dieses schwankenden Pfades.
Natürlich haben wir bereits größere Geräte in der Lage beide polarimetrisch erfassen und hyperspektrale Bilder - aber die Entwicklung einer solchen Bildgebungstechnologie in Smartphone-Größe war eine unglaublich herausfordernde Aufgabe.
Smartphone-Kameradesigns verursachen subtile Fehler bei der Ausrichtung der unterschiedlichen Lichtwellenlängen im endgültigen Bild. Dies beeinträchtigt weder Familienfotos noch Selfies, ist jedoch ein Problem, wenn Präzision erforderlich ist, die einer wissenschaftlichen Analyse würdig ist. Und dieses Problem wird noch verschlimmertwenn die Kamera noch mehr Farben aufnimmt - genau das tun hyperspektrale Technologien.
Mantis-Garnelen-basiertes Design kann bis zu 15 Spektralkanäle sinnvoll machen
Die Wissenschaftler, die die neuen Lichtsensoren entwickelt haben, orientierten sich an der Technik. die Augen von Mantis-Garnelen - die eine unglaubliche Genauigkeit besitzen und subtile Farbabstufungen erfassen.
Um diese Fähigkeit nachzuahmen, haben die Forscher einen organischen elektronischen Sensor namens Stomatopod Inspired Multispectral and POLarization Sensitive SIMPOL -Sensor entwickelt. Falls Sie sich fragen, ist ein Stomatopod der Fachbegriff für eine Mantis-Garnele.
Der SIMPOL-Sensor kann gleichzeitig vier Spektralkanäle und drei Polarisationskanäle registrieren. Dies steht in starkem Kontrast zu ladungsgekoppelten Geräten, die in Smartphones verwendet werden - die nur über drei Spektralbildsensoren verfügen, die Grün, Rot oder Blau erkennenDer SIMPOL-Prototyp kann vier Farbkanäle und drei Polarisationskanäle an einem einzigen Punkt erfassen - im Gegensatz zu CCDs, bei denen Bildsensoren über mehrere Standorte verteilt sein müssen.
"Die Farbkanäle von SIMPOL können Spektralmerkmale zehnmal enger erkennen als typische Bildsensoren; mit anderen Worten, sie sind zehnmal präziser", sagte Kudenov.
Während dieses neue Bildgebungssystem nichts anderes als ein Proof of Concept ist, haben die Forscher Modellierungssimulationen erstellt, die SIMPOLs vorschlagen. Mantis-Shrimps-basiertes Design könnten Detektoren in die Lage versetzen, bis zu 15 räumlich registrierte Spektralkanäle zu erfassen. Die kontinuierliche Relevanz der Natur in den fortschrittlichsten Bereichen der Wissenschaft und Technik scheint unbegrenzt zu sein.