Gli insetti, con la loro straordinaria agilità e reattività anche in condizioni di scarsa illuminazione, devono il loro successo agli occhi composti, capaci di percepire il movimento con incredibile velocità e sensibilità.
Recentemente, i ricercatori del Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST) hanno sviluppato una telecamera ispirata a questa straordinaria capacità, che consente di ottenere immagini ad altissima velocità.
Questa telecamera bio-ispirata supera i limiti delle tradizionali telecamere ad alta velocità e si distingue per il suo profilo sottile, con uno spessore inferiore a 1 millimetro, che la rende facilmente integrabile in diversi sistemi.
La telecamera è in grado di catturare fino a 9.120 fotogrammi al secondo, producendo immagini nitide anche in condizioni di scarsa illuminazione, emulando così le capacità degli occhi degli insetti.
Le potenziali applicazioni di questa tecnologia sono molteplici, spaziando dai sistemi di telecamere portatili alla sorveglianza di sicurezza e all’imaging medico.
Hyun-Kyung Kim, studente di dottorato presso il Dipartimento di Bioingegneria e Cervello del KAIST e primo autore dello studio, ha sottolineato che la telecamera ispirata agli occhi degli insetti offre prestazioni eccezionali nell’imaging ad alta velocità e in condizioni di scarsa illuminazione nonostante le sue dimensioni ridotte.
Il team di ricerca, guidato dai professori Ki-Hun Jeong e Min H. Kim, si è ispirato al modo in cui gli occhi degli insetti elaborano le informazioni visive.
Gli occhi degli insetti sono composti da numerose piccole unità chiamate ommatidi, che lavorano in modo indipendente consentendo loro di elaborare informazioni da diverse parti del loro campo visivo contemporaneamente.
Questo approccio parallelo consente loro di individuare e seguire rapidamente oggetti in movimento veloce, come prede o predatori.
In condizioni di scarsa illuminazione, gli occhi degli insetti aumentano la loro sensibilità integrando i segnali luminosi per un periodo più lungo.
La telecamera sviluppata dal team di ricerca supera i limiti delle telecamere ad alta velocità convenzionali, che spesso faticano a catturare sia il movimento veloce che i dettagli in condizioni di scarsa illuminazione.
Questo perché le telecamere tradizionali, pur essendo in grado di catturare il movimento veloce, perdono sensibilità in condizioni di scarsa luce man mano che aumentano i fotogrammi al secondo.
Per superare questo compromesso tra velocità e sensibilità, il team ha adottato un approccio simile alla visione degli insetti, utilizzando canali ottici multipli e sommazione temporale.
A differenza dei sistemi monoculari tradizionali, la telecamera bio-ispirata utilizza una struttura simile a un occhio composto che consente l’acquisizione parallela di fotogrammi da diversi intervalli temporali, migliorando così la sensibilità anche durante la cattura di oggetti in movimento veloce.
La tecnica di divisione dei canali ha notevolmente potenziato la velocità della telecamera, consentendo di catturare migliaia di fotogrammi al secondo.
Per garantire immagini nitide, è stato utilizzato un algoritmo di ripristino dell’immagine compressa che aiuta a rimuovere il mosso, consentendo alla telecamera di catturare eventi incredibilmente veloci con una chiarezza eccezionale, anche in condizioni di illuminazione difficili.
Il team di ricerca ha annunciato l’intenzione di sviluppare ulteriormente la tecnologia, con l’obiettivo di creare algoritmi avanzati di elaborazione delle immagini che consentano alla telecamera di catturare immagini in 3D e di ottenere imaging ad alta risoluzione.
I risultati di questa innovativa ricerca sono stati pubblicati sulla rivista Science Advances.
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