苍蝇反应快因看世界简单

    我们拍苍蝇的时候，苍蝇会非常迅速地飞走，苍蝇是怎么看到威胁并迅速做出反应的？

    “昆虫复眼视觉系统体积小、重量轻、视场角大、时间分辨率高、运动目标探测灵敏，这使其具有其他成像方法无法比拟的优势，然而昆虫复眼快速感知物体目标运动轨迹的机理还不明确。”天津大学精密仪器与光电子工程学院宋乐副教授介绍说，“自然界昆虫复眼的尺寸极小，理论上并不能够清晰地成像，但昆虫普遍具有很强的趋光性，而且相对于清晰成像而言，光强的信息量比较小，这对需要极短反应时间来保证生存的昆虫来说，具有重要的意义。我们希望通过仿生系统来探索并证实这种特性。”

    研究团队利用单点金刚石切削法，在聚甲基丙烯酸甲酯上制作了表面有169个子眼的仿生复眼。子眼采用六边形微透镜阵列密接排布，以避免产生子眼间盲区；同时，子眼面形采用非球面，通过对非球面的优化，进一步降低了光学像差。这种仿生复眼可模拟昆虫复眼功能，每个子眼均可作为独立的视觉感受器。子眼半径约1毫米，169个子眼形成一个尺寸约为20毫米的组件，其视场角可达90度。

    “通过用仿生复眼实现高灵敏度探测，我们发现昆虫或许仅根据物体的亮度就能定位目标，就像只需要了解受光源影响的马赛克块数的平均值就可以定位目标一样。而人类需要复杂的图像信息来判断物体的位置，就像必须要了解每一块马赛克受光源影响的信息一样，这样反应就会慢很多。”这种简单的探测机制非常适合昆虫的脑神经系统，因为飞行昆虫的神经系统比脊椎动物的要简单得多，眼睛和飞行相关肌肉之间直接的神经元链也只有6~7个细胞。仅仅需要处理图像的明暗灰度信息，便可使昆虫对威胁作出快速反应，可帮助它们躲避捕食者。

    这种新型仿生复眼能够快速探测目标的空间位置，未来可以应用于智能机器人、无人驾驶、飞行器、生物医疗等领域。此外，这种复眼结构还可以应用于光伏系统的高效能量转换。

    （《科技日报》9.16 陈曦 张华）