仿生科技發威!雀尾螳螂蝦眼睛能感應 16 色,研究員就做了台同等能力相機

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Photo Credit: prilfish
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本文來自合作媒體 36Kr,INSIDE 授權轉載

作為一種生活在水中的甲殼類動物,雀尾螳螂蝦身懷各種絕技。比如,它們雖然個頭不大(短的只有幾英吋,長的超過 30 公分),但是捕食起來卻非常殘暴。他們能用倒刺和錘節可以殺死並吃掉比它們大的獵物,狠起來連玻璃都能擊穿,這種等級的傷害即便是一隻小的雀尾螳螂蝦也能做到。

當然,除了性情凶猛,雀尾螳螂蝦的另一項天賦才能就是它們神奇的視覺系統,不僅能感知弧形偏振光(可用來導航),還能捕捉和分辨出 16 種顏色,連紫外光譜和光的極化都能收入眼底。什麼叫「目光所到之處皆為花火」?大概就是在說螳螂蝦的眼睛了。

不對比就看不出傷害。

人類眼睛中用來感知顏色的視錐細胞只有三種,即紅色、綠色和藍色,恰當組合這三種感受器的話,我們是能得到任何可感知的顏色的。許多鳥類、爬行類動物以及昆蟲有四種顏色感受器。有的動物有五種,例如鴿子、蝴蝶等。螳螂蝦的顏色感受器竟然有 16 種。

更加神奇的是,螳螂蝦能捕捉的色彩範圍很廣,但是它們的腦部又非常小,所以搞清楚「螳螂蝦如何處理這些色彩資訊」是件很有意義的事情,因為這能給現有的相機提供一種降低耗能和節約空間的方法。

於是,伊利諾伊大學的研究人員最近就這樣做了。他們從螳螂蝦的視覺系統中得到靈感,創造出了一款「能夠感知顏色和偏振光」的超敏感相機。

▲研究人員正在使用這款相機進行水下拍攝。

「動物王國裡充滿了比人類的眼睛更為敏銳和複雜的生物。它們能感知到我們無法看見的自然現象,」伊利諾斯大學電子與計算機工學教授、研究論文的共同作者維克托·格魯夫(Viktor Gruev)說。

而在這些生物中,最具代表性的就是螳螂蝦了。它的眼睛有 16 種視錐細胞,並且還有六個捕捉光線極化的通道。二者的結合使得螳螂蝦能夠捕捉更多的視覺資訊,「看到」光的偏振特性。

Gruev 解釋說,光的偏振是指光在真空中傳播時的振蕩方向。我們大多數人都熟悉偏光太陽鏡,它能有效排除和過濾光束中的散射光線。但許多動物會用偏振視覺來尋找食物,甚至通過感測太陽偏振光進行導航。

研究發現,螳螂蝦的眼睛會將光敏元件疊放在一起,讓它在淺層光感受器中吸收較短的波長(比如藍光),在深層光感受器吸收波長較長的光(比如紅光)。光感受器以耐米尺度週期性方式被組織起來,使螳螂蝦能夠「看到」光的偏振特性。

基於這項發現,研究團隊隨後結合矽光電探測器和其他納米材料創建出一個點-射彩色偏振相機,可以應用於早期的癌症檢測、環境變化監測以及解碼許多水下生物的交流秘密等方面。

「通過模仿螳螂蝦的視覺系統,我們創造了一個獨特的相機,它能改善我們的生活品質。」Gruev 說,「我們正將其應用在早期癌症監測中,並且它的技術成本不到 100 美元,這對醫療資源有限的地區來說將是一項非常有意義的新技術」。


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