Si vous avez déjà essayé d'écraser une mouche, vous savez que les insectes réagissent au mouvement extrêmement rapidement. Un œil composé d'inspiration biologique nouvellement créé aide les scientifiques à comprendre comment les insectes utilisent leurs yeux composés pour détecter un objet et sa trajectoire à une telle vitesse. L'œil composé pourrait également être utilisé avec une caméra pour créer des systèmes de localisation 3D pour les robots, voitures autonomes et véhicules aériens sans pilote.

Dans la revue The Optical Society (OSA) Lettres d'optique , des chercheurs de l'Université de Tianjin en Chine rapportent leur nouvel œil composé bio-inspiré, qui non seulement ressemble à celui d'un insecte, mais fonctionne également comme son homologue naturel. Les yeux composés sont constitués de centaines à des milliers d'unités répétitives appelées ommatidies qui agissent chacune comme un récepteur visuel distinct.

"L'imitation du système de vision des insectes nous a amenés à croire qu'ils pourraient détecter la trajectoire d'un objet en fonction de l'intensité lumineuse provenant de cet objet plutôt que d'utiliser des images précises comme la vision humaine, " dit Le Song, membre de l'équipe de recherche. "Cette méthode de détection de mouvement nécessite moins d'informations, permettant à l'insecte de réagir rapidement à une menace."

Imiter un oeil d'insecte

Les chercheurs ont utilisé une méthode connue sous le nom de tournage diamant à pointe unique pour créer 169 microlentilles à la surface de l'œil composé. Chaque microlentille avait un rayon d'environ 1 mm, créant un composant mesurant environ 20 mm qui pourrait détecter des objets à partir d'un champ de vision de 90 degrés. Les champs de vision des microlentilles adjacentes se chevauchent de la même manière que les ommatidies le font pour la plupart des insectes.

L'un des défis de la fabrication d'un œil composé artificiel est que les détecteurs d'images sont plats tandis que la surface de l'œil composé est incurvée. Placer un guide de lumière entre la lentille incurvée et un détecteur d'image a permis aux chercheurs de surmonter ce défi tout en permettant au composant de recevoir uniformément la lumière sous différents angles.

"Cette capacité de réception de lumière uniforme de notre œil composé bio-inspiré est plus similaire aux yeux composés biologiques et imite mieux le mécanisme biologique que les tentatives précédentes de répliquer un œil composé, " expliqua Song.

Pour utiliser l'œil composé artificiel pour mesurer la trajectoire 3-D, les chercheurs ont ajouté des grilles à chaque œillet qui aident à localiser l'emplacement. Ils ont ensuite placé des sources lumineuses LED à des distances et des directions connues de l'œil composé et ont utilisé un algorithme pour calculer l'emplacement 3D des LED en fonction de l'emplacement et de l'intensité de la lumière.

Les chercheurs ont découvert que le système oculaire composé était capable de fournir rapidement l'emplacement 3-D d'un objet. Cependant, la précision de localisation était réduite lorsque les sources lumineuses étaient plus éloignées, ce qui pourrait expliquer pourquoi la plupart des insectes sont myopes.

Comment les insectes voient le monde

"Cette conception nous a permis de prouver que l'œil composé pouvait identifier l'emplacement d'un objet en fonction de sa luminosité au lieu d'un processus d'image complexe, ", a déclaré Song. "Ce mécanisme très sensible convient très bien à la capacité de traitement du cerveau des insectes et les aide à éviter les prédateurs."

Selon les chercheurs, la capacité du nouvel œil composé bio-inspiré à détecter l'emplacement 3-D d'un objet pourrait être utile pour les petits robots nécessitant une détection rapide à partir d'un système très léger. Il offre également une nouvelle façon pour les biologistes d'étudier les systèmes visuels des insectes.

Les chercheurs prévoient d'intégrer l'algorithme de localisation dans des plates-formes telles que des circuits intégrés pour permettre au système d'être incorporé dans d'autres appareils. Ils développent également des moyens de produire en masse les lentilles oculaires composées pour réduire le coût unitaire.