如果你曾经试图拍打过一只苍蝇，你就会知道昆虫对运动的反应是极其迅速的。近日，来自我国天津大学的科学家们发明了一种具有生物学灵感的复眼，它可以帮助科学家们了解昆虫是如何利用它们的复眼以如此快的速度感知物体及其运动轨迹的。这种复眼还可以与摄像头一起使用，为机器人、自动驾驶汽车和无人机创建3D定位系统。
       天津大学的研究人员在光学学会(OSA)出版的《光学快报》(Optical Letters)杂志上报告了他们的仿生复眼，这种眼睛不仅看起来像昆虫的眼睛，而且工作起来也像昆虫的眼睛。复眼由数百到数千个重复的单位组成，这些单位被称为全单体，每一个都充当一个独立的视觉受体。
   “模仿昆虫的视觉系统让我们相信，它们可能会根据物体发出的光强度来探测物体的轨迹，而不是使用像人类视觉这样的精确图像，”研究小组成员宋乐说，“这种运动检测方法需要的信息更少，同时允许昆虫对威胁做出快速反应。”
模仿昆虫的眼睛
       研究人员用一种被称为单点金刚石旋转的方法在复眼表面制造了169个微透镜。每个微透镜的半径约为1毫米，创建了一个约20毫米的组件，可以从90度的视野中探测物体。相邻微透镜的视野重叠，就像大多数昆虫的全单体一样。 制造人工复眼的一个挑战是图像探测器是平面的，而复眼的表面是弯曲的。通过在曲面透镜和图像检测器之间放置一个光波导研究人员们克服了这一挑战，同时也使组件能够均匀地接收来自不同角度的光。宋乐解释说：“我们仿生复眼的这种统一的接受光线的能力更类似于生物复眼，而且比以前复制复眼的尝试更能模仿生物机制。”
       为了使用人工复眼测量三维轨迹，研究人员在每个小孔上添加网格，帮助精确定位。然后，他们将LED光源放置在离复眼已知距离和方向的地方，并使用一种算法根据光源的位置和强度计算LED的三维位置。 研究人员发现，复眼系统能够快速提供物体的三维位置。然而，当光源较远时，定位精度降低，这就可以解释为什么大多数昆虫是近视眼。
昆虫如何看世界
       宋乐表示：“这个设计让我们能够证明，复眼可以根据物体的亮度来识别其位置，而不是通过复杂的图像处理。这种高度敏感的机制非常适合昆虫的大脑处理能力，帮助它们躲避捕食者。”
       据研究人员称，这种新型仿生复眼能够探测物体的三维位置，这对于小型机器人来说非常有用，因为它们需要在一个轻量化的系统中实现快速探测。它也为生物学家研究昆虫的视觉系统提供了一种新的方法。
       研究人员计划将定位算法嵌入集成电路等平台中，使系统能够整合到其他设备中。为了降低单位成本，他们还在开发大规模生产复眼镜片的方法。

图：研究人员制造了一个曲面复合透镜，表面包含169个微透镜。将其与CCD相机相结合，可以使一个系统在三维空间中精确定位物体的位置。

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