Команда исследователей из Гарвардского университета решила разработать устройство, которое выполняло бы функции, аналогичные Face ID, но чтобы его можно было встроить в умные часы или микророботы.

Гарвардские ученые разработали сверхкомпактную 3D-камеру с высокоэффективным датчиком глубины, взяв за основу устройства зрение пауков-скакунов, которые способны прыгать на расстояние, в несколько раз превышающее длину их тела, и нападать на ничего не подозревающих мух. О разработке сообщается на сайте университета.

Датчики глубины используются в таких функциях смартфонов, как Face ID (сканер объемно-пространственной формы лица для разблокировки гаджета). Они работают при помощи тысяч невидимых лазерных точек, которые отображают мельчайшие черты человеческого лица. Для выполнения такого количества вычислений требуются быстрый процессор и мощная батарея.

Прыжок паука-скакуна

Специалисты из Гарварда решили создать устройство, которое выполняло бы аналогичные функции, но чтобы его можно было встроить в небольшие гаджеты, например в умные часы или микророботы. И, чтобы найти более эффективный способ для измерения глубины, ученые обратились за вдохновением к природе, в частности к крошечным паукам-скакунам, которые могут атаковать добычу со значительного расстояния.

Принцип работы металинзы (слева) и карта глубины (справа)

В отличие от человека, у которого каждый глаз захватывает разные изображения, а затем мозг сравнивает их для восприятия глубины и подает информацию, каждый глаз мелкого паука захватывает картинку с разной степенью размытости, которая уже содержит данные о том, на какой дистанции находится объект. Следовательно, рассматриваемый предмет будет выглядеть размытым в одном глазу, но четким — в другом. Это позволяет паукам эффективно рассчитывать глубину.

На видео показан датчик глубины металинзы, работающий в режиме реального времени. Два изображения слева размыты немного по-разному. Из этих двух картинок исследователи вычисляют глубину объектов в реальном времени. Справа — составленная карта глубины.

Чтобы воспроизвести способности пауков, ученые взяли металинзу, которая использует наноструктуры для фокусировки света и способна одновременно отображать два изображения с разной степенью размытости. «Вместо того чтобы использовать многослойную сетчатку для захвата нескольких изображений одновременно, как это делают пауки, металинза расщепляет свет и формирует два по-разному сфокусированных изображения на фотодатчике», — объясняет доктор наук Чжуцзюнь Ши.

Устройство новой камеры

Для завершения разработки специалисты задействовали высокоэффективный алгоритм, который проанализировал два изображения, создаваемых металинзами, и использовал их для построения «карты глубины». Так ученые смогли создать 3D-камеру с высокоэффективным датчиком глубины нового типа, которую можно встроить как в VR-гарнитуры, так и в носимые устройства и микророботы, поскольку ее ширина не превышает трех миллиметров.

Автор: Мария Азарова