Ученые создали первый кибернетический аналог глаза орла
Физики создали первую цифровую нанокамеру, чья оптика работает таким же образом, как глаза орлов и других хищных птиц, и способна получать снимки с аналогичной скоростью и разрешением, говорится в статье, опубликованной в журнале Science Advances.
"Мы создали супер-миниатюрную камеру, которая повторяет то, как устроено зрение хищных птиц, послойно напечатав линзы и объективы прямо на поверхности полупроводникового сенсора. Так как все четыре линзы печатаются в один прием, и у нас нет необходимости подгонять их и собирать всю камеру в единое целое, этот подход позволяет быстро создавать новые и очень качественные мини-камеры для эндоскопов или, к примеру, для дронов", - заявляют Саймон Тиле (Simon Thiele) из университета Штутгарта (Германия) и его коллеги.
Зрение орлов и других хищных птиц, способных различать мелкие предметы на земле с огромной высоты в воздухе, не терять остроты зрения при больших скоростях полета и видеть почти в полной темноте. Физики достаточно давно пытаются повторить их качества и внутреннее устройство, однако до настоящего момента им не удавалось создать миниатюрных аналогов глаза птицы.
Тиле и его коллеги смогли решить эту задачу благодаря новым технологиям трехмерной печати, позволяющим создавать микроскопические линзы произвольной формы и размеров, вытачивая их из куска прозрачной материи при помощи лазера.
Эта технология была создана Тиле и его коллегами в июле прошлого года, когда они обнаружили, что сверхкороткие импульсы лазера, длящиеся миллионную долю наносекунды, могут контролируемым испарять стекло и его полимерные аналоги. Используя эту методику, ученые изготовили несколько простых камер наноразмеров, способных получать снимки, состоящие из нескольких тысяч пикселей.
Первые нанолинзы, как рассказывает Тиле, его команда печатала отдельно от самих камер, и со временем у них появилась новая идея - изготовлять линзу прямо на поверхности светочувствительного чипа, который является "сердцем" любой цифровой камеры.
Подобный подход имеет массу преимуществ. Благодаря такой печати, между матрицей и линзой не будет даже тонкой прослойки воздуха, чьи иные оптические характеристики и сам факт преломления света будут искажать изображение.
Кроме того, подобная печать позволяет очень точно подобрать идеальный угол обзора для камеры и получить устройство, работающее так же, как и глаз живых существ - изображение будет максимально четким в центре, и слегка размытым по краям. Фактически, каждый пиксель камеры можно покрыть своей собственной линзой, что многократно повысит качество картинки без увеличения числа точек на матрице.
Руководствуясь этой идеей, Тиле и его команда создали первый "киберглаз орла", напечатав несколько тысяч миниатюрных линз на чипе размерами в 300 микрометров на 300 микрометров. Такая камера может видеть буквы и цифры, чьи размеры не превышают 5-10 микрометров, что недоступно для других миниатюрных камер.
Сейчас немецкие физики работают над созданием технологий, которые позволяли бы изготовлять такие линзы автоматически и быстрее, чем это удается делать сейчас - одна линза за 1-2 часа. Если им удастся решить эту проблему, то подобные камеры могут найти свое место в беспилотниках, медицинских приборах и в других гаджетах, где нужно "орлиное зрение" и миниатюрность.
