Insektenauge lässt Roboter und Drohnen besser sehen
Eine von der Natur inspirierte Optoelektronik könnte bald für Leistungssteigerungen in der Robotik sorgen. Forschende aus Hongkong wollen damit das maschinelle Sehen revolutionieren.
Foto: PantherMedia / gewoldi
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Insekten können einen viel größeren Radius ihres Umfelds erfassen als menschliche Augen oder klassische Kameratechnik. Dank ihrer Facettenaugen blicken sie durch mehrere Linsen. Das Prinzip wollen Forschende der Hong Kong University of Science and Technology (HKUST) nun auch für Roboter und Drohnen nutzbar machen. Sie haben nach eigener Aussage ein neuartiges künstliches Facettenauge entwickelt, das nicht nur kostengünstiger ist, sondern in kleinen Bereichen eine mindestens doppelt so hohe Empfindlichkeit aufweist wie bestehende Marktprodukte. Damit wollen sie das Sehen von Robotern revolutionieren und deren Fähigkeiten in den Bereichen Navigation, Wahrnehmung sowie Entscheidungsfindung verbessern.
Die Forschenden denken z. B. an Anwendungen in Verbindung mit Drohnen, um deren Genauigkeit und Effizienz bei Aufgaben wie der Bewässerung oder der Notfallrettung in Katastrophengebieten zu verbessern. Auch die Interaktion von Robotern mit ihrem Umfeld könnte damit verbessert werden. Langfristig soll das Augensystem darüber hinaus die Sicherheit beim autonomen Fahren erhöhen, die Einführung intelligenter Verkehrssysteme beschleunigen und die Entwicklung intelligenter Städte vorantreiben.
Fähigkeiten eines Facettenauges wurden in einer Halbkugel nachgebaut
Das System ahmt die visuellen Fähigkeiten von Facettenaugen nach. Ein Team um Professor Zhiyong Fan, Lehrstuhlinhaber an der Fakultät für Elektronik und Computertechnik und der Fakultät für Chemie- und Bioingenieurwesen der HKUST, entwickelte dazu unter Verwendung neuer Materialien und Strukturen das Pinhole-Compound-Vision-System. Es besteht u. a. aus einem inhärenten halbkugelförmigen Scanmodul (Perowskit-Nanodraht-Array-Imager) mit hoher Pixeldichte zur Vergrößerung des Bildfelds und einer 3D-gedruckten linsenfreien lochförmigen Anordnung (Pinhole-Array) mit anpassbarem Layout. Letzteres erlaubt die Regulierung des einfallenden Lichts und Beseitigung des blinden Bereichs zwischen benachbarten Ommatidien (einzelne Einheiten im Facettenauge eines Insekts). Deutlich wird das in einem Video der Hochschule:
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Der Gesamtaufbau sorge für eine gute Winkelselektivität, ein großes Sichtfeld, ein breites Spektrum in monokularen und binokularen Konfigurationen sowie eine dynamische Bewegungsverfolgung. Damit könne das Lochkamera-Verbundauge nicht nur Ziele genau lokalisieren, sondern z. B. nachdem es in eine Drohne eingebaut wurde, auch einen sich bewegenden vierbeinigen Roboter verfolgen.
Biometrisches Sehsystem soll herkömmliche Kameras für Roboter ersetzen
Das Projektteam bezeichnet das als „einen bedeutenden Fortschritt auf dem Gebiet der biomimetischen Sehsysteme“. Professor Fan machte dazu deutlich: „Dieses zusammengesetzte Auge ist einfach, leicht und billig. Obwohl es herkömmliche Kameras nicht vollständig ersetzen wird, könnte es bei bestimmten Robotikanwendungen, etwa bei einem Schwarm von Drohnen, die in enger Formation fliegen, einen enormen Fortschritt darstellen.“ Durch eine weitere Miniaturisierung des Geräts sowie die Erhöhung der Anzahl der Ommatidien, der Bildauflösung und der Reaktionsgeschwindigkeit könne die Lösung eine breite Anwendung in der Optoelektronik und Robotik finden, prognostizierte er. Im Jahr 2020 hatte Fan bereits das weltweit erste kugelförmige künstliche Auge mit 3D-Netzhaut vorgestellt.
