Istraživači razvili naprednu kameru inspirirani očima prapovijesne vrste trilobita

500 milijuna godina stari trilobiti imali su odličan vid

Tijekom davne prapovijesti, oceani su bili prepuni trilobitima, dalekim rođacima bodljaša. Triolobiti su posjedovali široki raspona vida, zahvaljujuči složenim očima sastavljenim od tisuća neovisnih dijelova, svaki sa svojom rožnicom, lećom i stanicama osjetljivim na svjetlost. Međutim, podskupina bodljaša Dalminatina Socials, bila je iznimno dalekovidna.

Ova vrsta posjedovala je bifokalne oči na peteljkama, sastavljene od po dvije leće koje savijaju svjetlost pod različitim kutovima. To im je omogućilo istodobni fokus na plijen u neposrednoj blizini, kao i fokus na prijetnje udaljene više od jednog kilometra.

Kamera s bifokalnim objektivnom i velikom dubinom

Sada su istraživači Nacionalnog instituta za standarde i tehnologiju (NIST) razvili minijaturnu kameru s bifokalnim objektivom i rekordnom dubinom snimanja. Kamera je inspirirana očima D. Socials te moćže istovremeno slikati objekt blizine 3 centimetra i objekt udaljen 1,7 kilometra. Znanstvenici su također razvili računalni algoritam koji ispravlja nejasnoće slike, izoštravaju predmete na intermedijarnim udaljenostima i generiraju konačni prikaz s ogromnom dubinom polja. Istraživači NIST -a Amit Agrawal i Henri Lezec, zajedno sa svojim kolegama sa Sveučilišta Maryland u College Parku i Sveučilištu Nanjing, objavili su svoj rad u Nature Communications 19. travnja 2022.

Ove kamere dubokog polja integriraju fotonsku tehnologiju na nanometrijskoj skali sa softverskom fotografijom što omogućava snimanje u visokoj rezoluciji. Kamere također povećavaju sposobnost izrade detaljnih slika gradskih krajolika, skupina organizama koje zauzimaju široko vidno polje i drugih fenomena u kojima se bliski i daleki objekti moraju fokusirati i izoštriti.

Metaleće i nano stupovi

Istraživači su proizveli niz sitnih leća poznatih kao metaleće – ultra tanki filmovi urezani ili utisnuti u skupine nano stupića prilagođenih za manipuliranje svjetla na specifične načine. Agrawal i njegovi kolege nanjeli su na ravnu površinu stakla milijune sitnih, pravokutnih nanometarskih stupića. Oblik i orijentacija sastavnih stupova fokusirali su svjetlost na način da je metapovršina istovremeno djelovala kao makro objektiv (za bliže objekte) i telefoto objektiv (za udaljenije objekte).

Stupovi su uhvatili lijevo kružno polariziranu i desno kružno polariziranu svjetlost iz danog prizora. Zatim su savijali lijevu i desnu kružno polariziranu svjetlost u različitim količinama, ovisno o svojoj orijentaciji. Pravokutni nano stupovi bili su tako postavljeni da je dio svjetla kod nekih mogao proći kroz duži dio pravokutnika, a kod nekih kroz kraći dio. Ako je išla duljim putem, svjetlost je morala proći kroz više materijala i stoga je doživjela više savijanja. Za kraći put, svjetlost je imala manje materijala kroz koji je morala proći, a samim tim je imala i manje količine savijanja.

Svjetlost različite količine savijanja dovodi i do različitih fokusa. Što je veće savijanje, svjetlost je usredotočena na bliže objekte, što je manje savijanje, ona usredotočena je na udaljenije objekte. Na taj način, ovisno o tome je li svjetlost prolazila kroz duži ili kraći dio pravokutnih nanopilara, metaleće proizvode slike kako objekata udaljenih 1,7 kilometara, tako i onih udaljenih nekoliko centimetara.

Što je s objektima srednjeg dometa?

Dodatna obrada potrebna je kako bi se jasno prikazili i objekti na srednjim udaljenostima (nekoliko metara). Agrawal i njegovi suradnici za tu su namjenu koristili neuronsku mrežu tj. računalni algoritam koji oponaša naš živčani sustav.

Algoritam je ‘naučio’ softver za prepoznavanje i ispravljanje nejasnoća poput zamućivanja ili aberacije boje objekata na srednjoj dubini. Istraživači su potom testirali kameru snimajući objekte različitih boja, oblika i veličina na različitim udaljenostima, primjenjujući korekcijski softver kako bi dobili konačnu sliku s velikom oštrinom i dubinom.

Pridružite se raspravi u našoj Telegram grupi. KOZMOS Telegram

–t.me/kozmoshr

Izvori:

Fan, Q., Xu, W., Hu, X. et al. Trilobite-inspired neural nanophotonic light-field camera with extreme depth-of-field. Nat Commun 13, 2130 (2022). https://doi.org/10.1038/s41467-022-29568-y

Anonymous (21. travnja 2022.), Inspired by prehistoric creatures, researchers make record-breaking lenses, Safitaclub.com (pristup 13. svibnja 2022.)

Anonymous (19. travnja 2022.), Inspired by Prehistoric Creatures, NIST Researchers Make Record-Setting Lenses, Nist.gov (pristup 13. svibnja 2022.)