لنزهای چشم ماهی میتوانند در تاریکی هم ببینند

مهندسین دانشگاه ویسکانسین-مادیسون با ترکیب بهترین ویژگیهای خرچنگ دریایی و یک نوع ماهی آفریقایی چشمی مصنوعی تولید کردند که می تواند در تاریکی ببیند. این چشمهای کاذب ماهی وار می تواند به روباتهای جوینده و نجاتگر یا روباتهایی که در جراحی به کمک گرفته می شوند یاری برسانند تا در تاریکی هم مانند روز ببینند.

روش این مهندسین در تولید این چشم که از زیست شناسی الهام گرفته شده در مقاله ای در نشریه ی خلاصه ی عملکرد فرهنگستان ملی علوم آمریکا منتشر شده است. تفاوت این روش با روشهای دیگر قابلیت بهبود حساسیت سیستم تصویرسازی با استفاده از لنز و نه حسگر می باشد.

عکاسان آماتوری که سعی کرده اند در نور کم با دوربین موبایلهایشان تصاویری از ماه تهیه کنند محدودیتهای عکاسی در نور کم را می دانند. زمان طولانی نوردهی که برای عکاسی در شب مورد نیاز است باعث می شود کمترین تکان دوربین تصاویری بشدت تار به ما بدهد. اما این مشکل در مقابل مشکلی که روباتهای خنثی کننده ی بمب، روباتهای جراحی لاپاروسکوپی و تلسکوپهای کاوشگر سیارات با آن روبرو هستند و باید در تاریکی تقریباً مطلق تصاویری دقیق به ما بدهند مشکلی کوچک محسوب می شود.

پروفسور هونگرویی جیانگ از دپارتمان کامپیوتر، برق و زیست پزشکی دانشگاه ویسکانسین-مادیسون و نویسنده ی اصلی مقاله ی مورد اشاره بر این عقیده است: “امروزه ما اتکای بیشتری بر روتصاویر داریم. هر فن آوری که بتواند تصویرهای بهتری برای ما به ارمغان بیاورد بسیار ارزشمند است”

بیشتر تلاشها در جهت بهبود دید در شب بر بهبود شبکیه ی چشم های مصنوعی تاکید دارند (مثلاً با تغییر مواد یا مدارات الکتریکی حسگرهای دوربینهای دیجیتال) بگونه ای که حساسیت شبکیه به بسته های نور ورودی بیشتر شود.

با این وجود گروه جیانگ به جای بالا بردن حساسیت شبکیه نسبت به نورهای ورودی سعی کرد بر فوکوس نور در حسگر متمرکز شود. این گروه در تحقیقاتشان دریافتند میتوانند از دو جاندار دریایی که برای ادامه ی حیات در آبهای تیره ی کف دریا از استراتژیهای متفاوتی استفاده می کنند بهره برند.

ماهی خرطوم داری که شبیه موجودات رودخانه ای رمان سیرانو دو برژراک است (توضیح مترجم: سیرانو دو برژراک سرباز و نمایشنامه نویس فرانسوی بود که بدلیل بینی بلندش به سخره گرفته می شد و شخصیت اصلی رمانی به نام ) چشمان بسیار عجیبی دارد که بین خرطومش قرار گرفته اند و شبکیه ی آن به جای شبکیه ی جاونران دیگر از هزاران فنجان بلوری ریز تشکیل شده است. این مخازن مینیاتوری نور قرمز را جمع کرده و شدت می بخشند تا ماهی بتواند در سایه ی آن شکارچیان را ببیند.

جیانگ که تحقیقات او و تیمش از طرف موسسه ی ملی سلامت و دانشگاه ویسکانسین-مادیسون مورد حمایت مالی قرار گرفت در این مورد می گوید: “با خود فکر کردیم چرا ما چنین شبکیه ای نسازیم؟ آیا میتوانیم به شکل این ماهی نور را تشدید کنیم؟”

گروه تحقیقاتی با ساخت هزاران آینه ی شلجمی شکل بسیار کوچک که هرکدام به اندازه ی گرده ی گل بودند فنجان های بلوری چشم ماهی را شبیه سازی کردند. گروه جیانگ بعد از شبیه سازی آرایه ای ازاین آینه های جمع کننده ی نور را در سطح نیمکره ای گرد هم آورد. این شکل که ملهم از چشمان مرکب خرچنگهای دریایی بود نور ورودی را به نقاط منفردی متمرکز می کرد و به این ترتیب شدت نور را افزایش می داد.

جیانگ در این مورد چنین توضیح می دهد:

“ما با این کار شدت نور را چهار برابر کردیم و این تفاوت بین تصویری کاملاً تیره و تصویری واضح است.”

در این تحقیق ابزار ساخته شده برای دیدن تصویر گورکنی که آرم دانشگاه ویسکانسین-مادیسون بود در تاریکی محض به کار گرفته شد. این ابزار می تواند براحتی روی سیستمهای عکاسی و روباتهای موجود سوار شود تا در نور کم قدرت دید انها را افزایش دهد.

به گفته ی جیانگ این ابزار وابسته به فن آوری تصویرسازی خاصی نیست و می تواند در شرایط مختلف و روی هر نوع ابزار عکاسی نصب شود.

با وجود اینکه چشمهای مرکب حساسیت زیادی دارند تصاویری که تولید می کنند شفافیت زیادی ندارند. در واقع زمانیکه شدت نور در چند نقطه بیشتر می شود شفافیت تصویر کاسته خواهد شد. برای بازیابی دقت از دست رفته گروه جیانگ تصاویر خام زیادی گرفت و با استفاده از الگوریتمی آنها را پردازش کرد تا تصاویری شفاف تولید کند.

مهندسان آزمایشگاه جیانگ از جمله هووی لیو، محقق فوق دکترایی که روی ساخت لنز کار می کند و یینگانگ هوانگ که روی تولید تصاویر با دقت بالا متمرکز است با همکاری هم حساسیت ابزار را بالاتر بردند. جیانگ پیشبینی می کند با دقت بالای تصاویر میتوان چشمهای مصنوعی خاصی ساخت که حداقل یک مرتبه دقت بالاتری داشته باشند.

جیانگ صحبتهایش را اینگونه به پایان برد:

“ساخت چشمهای مرکب مصنوعی همواره بسیار مشکل است زیرا انحناها و تطابقات باید کاملاً دقیق باشند. حتی کوچکترین نامیزانی هم کل سیستم را از کار خواهد انداخت.”

منبع : ScienceDaily