Откуда черпают вдохновение инженеры, когда создают беспилотные летательные аппараты? Часто они ориентируются на природные “решения”, а именно на птиц. Но если ранее при конструировании учёные обращали внимание в основном на механику полёта пернатых, то теперь решили обратиться к ещё одной их особенности – острому зрению.
Как известно, у птиц зрение является самым важным чувством, поскольку оно обеспечивает безопасный полёт. Именно поэтому у них имеется ряд приспособлений, отвечающих за более высокую остроту зрения по сравнению с другими группами позвоночных. Рекордсменами по остроте зрения являются хищные птицы, которые превосходят человека по этому показателю как минимум в пять раз. Например, орёл способен обнаружить зайца на земле с высоты 3,2 километров – это как если бы человек замечал муравьёв с высоты десятиэтажного здания.
Остроту зрения птицам обеспечивает крупный (относительно тела) размер глаз, а также его форма (она напоминает форму трубы, благодаря чему на сетчатке получается бо́льшее изображение) плюс высокая плотность рецепторов на квадратный миллиметр.
Изучив эти особенности, специалисты из Штутгартского университета, создавая камеры для беспилотников, заключили: один объектив хорошо, а четыре линзы – лучше. В результате немецкие инженеры представили миниатюрную камеру, которая имеет чёткость изображения в центре кадра, как и у птиц.
Примечательно, что камеру напечатали на 3D-принтере, и это первый случай, когда трёхмерная печать помогла создать объект со сложной системой обработки изображения.
Сама система получила название “foveated imaging” – то есть “ямка, образующее изображение”. Это отсылка к двойной центральной ямке у птиц, которая обеспечивает бинокулярное зрение.
“Эта ямка является общим приспособлением для всех хищных птиц. И она даёт преимущество в наблюдениях как птице, так и беспилотному летательному аппарату, когда нужно следить за окрестностями и в то же время получать максимум информации об объекте наблюдения”, — поясняет соавтор работы Симон Тиле (Simon Thiele).
Конструкция камеры включает четыре линзы с разным фокусным расстоянием и полем зрения от 20 до 70 градусов.
По сравнению с традиционными зум-объективами, которые также обладают высоким разрешением, новая технология имеет преимущества. Во-первых, размер линз сравним с кристаллом соли, и такие крошечные параметры позволют наделить “орлиным зрением” практически любое устройство. Во-вторых, 3D-печать гораздо дешевле в производстве. “Традиционный подход потребует огромных усилий и, скорее всего, стоимость производства будет от 10 до 1000 раз выше”, — отмечает Тиле.
По словам авторов разработки, их технология найдёт применение во многих областях: её можно использовать при создании эндоскопов, оптических датчиков или предназначенных для наблюдения дронов.
В дальнейшем команда планирует усовершенствовать процесс производства: сократить время создания самой камеры и нанесения на неё антибликового покрытия. Пока что печать одной линзы занимает несколько часов.
Подробнее процесс создания камеры, которая подарит устройствам “орлиное зрение”, описан в журнале Science Advances.