形形色色的仿生“眼”相比之下人类的眼睛感觉和盲人没区别

形形色色的仿生“眼”

眼睛,是一个可以感知光线的器官。简单的眼睛结构可以探测周围环境的明暗,而复杂的眼睛结构可以提供视觉。

在动物王国中,眼睛大概是所有感觉器官里差异最大的。数百万年的进化,形成了10多种动物视觉系统。长久以来,科学家从动物的眼睛中获得灵感,设计出了各种高性能的人造眼睛以及人造光学系统,解决了不少高科技难题。

猫眼

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VS夜视仪

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提起夜视,你一定会想到猫。猫的视网膜上具有圆锥细胞和圆柱细胞。圆锥细胞位于视网膜的中央,能感受白昼普通光的光强和颜色;圆柱细胞位于视网膜的周围,能感受夜间的光觉。因此,猫能在黑暗中观察周边情景。

军事科学家模仿猫眼研制了微光夜视仪,它能通过图像增强器把输入图像的亮度增强并加以显示。微光通过图像增强器后,其光增益可达10万,可视距离达2000千米。

复眼

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VS速度计

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人们之所以难以捕捉苍蝇,主要原因在于它的复眼。许多昆虫和节肢动物都有复眼。复眼由许多单个晶体——“小眼”组成,一般呈六角形。每个小眼都有自己的屈光系统和感觉细胞,都能向大脑传送信号,大脑据此快速识别图像和发现目标。这些小眼的视力很差,但是它们所组成的复眼却有很高的分辨率,而且还是极为灵敏的速度计。苍蝇的一只复眼由4000多只小眼组成,能够轻而易举地观察每秒闪烁60次的日光灯。

给导弹装上模仿昆虫复眼制造的虫眼速度计,它就能迅速测定导弹与目标间的相对速度,从而按指令不间断地调整导弹的方向与速度。

蛙眼

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VS成像术

蛙眼视网膜的神经细胞分为五类,一类只对颜色起反应,另外四类只分别对运动目标的某个特征起反应,并同时把分解出来的特征信号输送到大脑的视觉中枢——视顶盖,最终形成一个完整的图像。正是基于这项特殊功能,青蛙对静止物体可以“视而不见”,但蛾子一旦起飞,就能一下子将它“勾”进嘴里。

仿生学家对这种“火眼金睛”的构造进行研究后,发明了电子蛙眼。它能和蛙眼一样分别抽取图像的反差、凸边、边缘和暗前缘的明暗变化等特征。当复杂的图像被这样分解成几种易于辨别的特征时,发现目标的敏捷性和准确性自然也就提高了。军事科学家将电子蛙眼和雷达相配合,就能敏锐迅速地跟踪飞行中的目标,并准确区分其真假,大大提高了作战防御力。

鸽眼

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VS定向术

鸽眼的神经具有100多万个神经细胞,分别负责观察物体的凸边、垂直边、水平边、方向边、普通边和亮度。其中管方向边的神经细胞特别有用,它只对向着某个固定方向运动的物体的全部边缘敏感,而对物体的颜色、外界光线的强弱等都毫无反应。

军事科学家模仿鸽子的这一特殊本领制成了电子鸽眼,它能迅速发现运动着的斑点,大大提高雷达的分辨力。

形形色色的仿生“眼”相比之下人类的眼睛感觉和盲人没区别

此外,电子鸽眼还可用于监视机场的飞机活动状况,保障机场安全。

鹰眼

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VS望远镜

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鹰眼有一正一侧两个中央凹,其视锥细胞密度高达每平方毫米100万个,比人眼的密度要高6~7倍。正中央凹能敏锐地发现前侧视野里的物体,侧中央凹能接收鹰头前方的物体像。因此,雄鹰能在几千米的高空从相对运动的景物中发现食物,俯冲而下一举捕获。鹰眼还有个叫做梳状突起的特殊结构,这个结构能降低视细胞接收的光强。所以在强光下鹰眼仍然具有较高的视觉灵敏度。

军事科学家模仿鹰眼制造了电光鹰眼系统。配备装有望远镜的电视摄像机和电视屏,飞行员在高空中执行任务时只要专注于电视屏即可。其原理是,电光鹰眼系统一旦发现可疑目标,就可利用望远镜将其放大形成光学图像,并用摄像机拍摄下来,再在电视屏上显示出跟实物一样的图像。飞行员还可以把图像信号发送到地面,让地面人员也能及时掌握第一手情报。

如今,科学家仍在继续探究自然界各类动物的视觉系统,不断借鉴它们的特异功能解决关键的工程问题。眼睛世界更多未知的奇妙,还有待于我们继续探索。


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