Le développement d'un système de projection de type réalité virtuelle pour étudier la vision des insectes pourrait éventuellement fournir à l'US Air Force un nouveau type de système de navigation.

L'Université de l'Alabama à Huntsville (UAH) est l'institution principale en partenariat avec Polaris Sensor Technologies Inc. de Huntsville au cours d'une période de trois ans, Subvention de 1 million de dollars pour le transfert de technologie des petites entreprises (STTR) de phase II pour tester divers matériaux d'écran, puis concevoir et construire un système de projection de scènes d'expérimentation sur les insectes pour l'armée de l'air.

UAH et Polaris ont terminé avec succès une étude de subvention de phase I et ont été encouragés à soumettre une proposition au programme de phase II attribué par voie de concours. L'équipe a récemment été informée que sa proposition est gagnante. Polaris Sensor Technologies effectuera le travail de conception et UAH est responsable de la recherche sur les composants et les systèmes. La chambre sera construite dans le bâtiment optique UAH.

L'Air Force est intéressée à apprendre comment les insectes utilisent la vision de polarisation, dit le Dr Don Gregory, UAH distingué professeur de physique. La polarisation implique l'orientation géométrique des oscillations des ondes lumineuses, une propriété que les insectes détectent et utilisent d'une manière ou d'une autre pour se diriger.

"De nombreux insectes peuvent voir et utiliser la polarisation optique. Par exemple, certains insectes peuvent voir le motif de polarisation partielle dans le ciel, que nous ne pouvons voir sans instruments. Pensez donc aux scénarios dans lesquels le GPS n'est pas disponible, comme au fond des « canyons urbains ». Comment naviguez-vous ?" demande le Dr Gregory. "Certains insectes, y compris les abeilles, fourmis et sauterelles, naviguer en détectant le schéma de polarisation céleste, et ce serait plutôt cool de comprendre comment ils font cela et d'exploiter le mécanisme pour faire face aux situations où le GPS est refusé."

Pour comprendre comment les insectes exploitent la polarisation et la vision des couleurs, Les scientifiques de l'Air Force ont d'abord besoin d'un environnement expérimental qui fournit des stimuli visuels réalistes aux insectes.

"Nous voulons que l'insecte pense qu'il est dehors, " dit le Dr Gregory.

Il y a deux défis à relever pour que cela se produise. D'abord, l'écran utilisé pour créer l'environnement doit représenter avec précision le spectre lumineux et la polarisation qui y sont entrés au cours d'une expérience. Deuxièmement, la fréquence de rafraîchissement de l'écran doit être supérieure à la fréquence à laquelle l'insecte testé expérimente un mouvement fluide plutôt qu'une simple série d'images rafraîchissantes, appelé sa fréquence de fusion de scintillement.

Il existe deux types d'écrans possibles pour projeter des images expérimentales sur des insectes. L'un utilise un matériau d'écran réfléchissant qui renvoie les images projetées comme un écran de cinéma. Le second utilise un écran transmissif qui affiche des images projetées dessus par derrière, similaire aux écrans de projection TV.

Trouver le meilleur matériau pour les deux types d'écrans est le travail de Bill Walker, qui est un étudiant diplômé en physique avec une concentration en optique.

"Ce que nous développons, c'est un écran de type IMAX pour les insectes, " dit Walker. " Ce que je fais, c'est tester les matériaux candidats pour l'écran. " Le fait que les insectes puissent voir dans un spectre plus large que les humains ajoute au défi. " Il doit être ultraviolet à travers la gamme humaine visible, et je sais que la gamme UV est un écrou difficile à casser."

Dans le laboratoire, Walker utilise un monochromateur pour sélectionner les longueurs d'onde de la lumière qu'il se concentre sur un échantillon de matériau d'écran potentiel, puis mesure la quantité de lumière réfléchie ou transmise sur un arc de 180 degrés, tout en surveillant la fidélité de la reproduction aux longueurs d'onde et à la polarisation saisies.

"La principale chose que je mesure est la quantité de lumière qui traverse ou réfléchit l'écran, selon l'angle, " dit Walker.

Son travail est complété par les recherches sur la polarisation par diffusion menées par le membre de l'équipe Ahmed Elsehly, un doctorant en sciences optiques et en génie qui joue également un rôle principal en tant qu'expert des chercheurs sur le logiciel de conception optique Zemax qu'ils utilisent.

"Zemax est la norme de l'industrie pour les logiciels optiques, et je dirais qu'il n'y a personne à l'université qui le comprend mieux qu'Ahmed, " dit le Dr Gregory.

Le deuxième obstacle à la réalité virtuelle des insectes est le taux de rafraîchissement de l'écran, qui est abordé par Samantha Gregory, La fille du Dr Gregory et un étudiant diplômé en physique.

"La moitié du défi de leur faire croire que ce que l'écran leur montre est réel est de faire clignoter l'écran plus rapidement que l'insecte ne peut le détecter, " dit-elle. C'est tout un exploit, puisque la vitesse à laquelle l'insecte voit des rafraîchissements séparés sous forme d'une image continue en mouvement, qui peut atteindre 400 Hz, est bien au-dessus du taux d'affichage d'environ 60 Hz où les humains voient les choses en mouvement sur un écran comme un mouvement continu.

"Pour reussir, nous devons juste opérer au-dessus de ces 400 Hz, ", dit Samantha Grégory.

La conception UAH/Polaris utilise la même technologie de dispositif de micro-miroir numérique (DMD) utilisée dans la dernière génération de projecteurs de cinéma, dit le Dr Gregory.

Il compare le taux de rafraîchissement avec le fait de dessiner des chiffres sur de nombreuses cartes à jouer, puis les retourner pour faire bouger la figurine. "Si ça tourne assez vite, cela ressemble à un mouvement continu."