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仿生蝦眼相機

- 感知全光譜與偏振光的超人能力。
Crustacean Camera
作者╱巴特爾 ( Prachi Petal )
譯者╱宋宜真
螳螂蝦(俗稱蝦蛄)以出拳快速稱霸動物界,且力道之大足以打穿甲殼動物的外殼和水族箱玻璃。螳螂蝦還擁有世界上最複雜、最非凡的眼睛。人眼有三種感光細胞,而螳螂蝦有十幾種,能夠感知其他動物無法看見的光的特性。

美國伊利諾大學香檳分校的工程師現在製作出一部相機,相當程度地模擬螳螂蝦令人咋舌的視覺系統。根據去年10月《光學》刊登的論文,這個裝置是邊長2.5公分的立方體,可以10美元的造價來大量生產。他們相信,該裝置最終可以用於協助汽車偵測危險狀況,幫助軍用無人飛機找出偽裝或躲在暗處的目標,也有助於外科醫生更準確進行手術。

螳螂蝦有兩大視覺能力。其一是牠們可以感知「偏振光」,亦即波動都在同一平面的光(非偏振光則是往各個方向波動)。從物體反射的光具有偏振光的分量,而光的這種特性會使原本隱沒在背景之中的物體顯露出來;螳螂蝦便是透過偏振光在藍色的海洋中尋找獵物。另一能力是,牠們能偵測的光強度範圍相當廣,可以同時看到非常亮和非常暗的區域,也就是動態範圍很廣。

新相機模仿了這兩種能力。電機工程師葛魯夫(Viktor Gruev)等人製作小型的矽基光偵測器陣列,類似商用偏振相機中的偵測器。不過,傳統偵測器產生的電流會隨著光強度而線性增加,新探測器則呈指數增加,因此產生的動態範圍比現今商用相機高出約一萬倍。研究人員還用顯微鋁線覆蓋偵測器來模仿螳螂蝦眼中的微絨毛,這是可過濾並感知偏振光的管狀結構。

研究團隊開著一輛裝載新相機和傳統標準相機的汽車進行測試。葛魯夫表示,蝦眼相機拍攝的照片對比度更高,尤其是在多霧和多雨的環境,以及有大量光影的場景。

未參與這項研究的馬里蘭大學生物科學教授克羅寧(Thomas Cronin)評論,螳螂蝦是唯一可以感知全光譜色彩和偏振光的生物,因而成為相機構造的理想模仿對象。他說:「你可以從複雜背景中得到物體清晰的影像,這是其他技術很難達到的成果。」
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