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Domenica, Maggio 31, 2020
Scienza e Futuro La prima microcamera digitale che imita gli occhi degli insetti

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La prima microcamera digitale che imita gli occhi degli insetti

Vedere il mondo con gli occhi di un insetto: lo consente una nuova microcamera digitale realizzata sul modello dell’occhio composto, l'apparato visivo degli artropodi, da un gruppo di ricercatori guidati da John Rogers, dell’Università dell’Illinois a Urbana-Champaign, che descrivono il risultato sulla rivista “Nature”.

Tutti i sistemi di lenti utilizzati nelle fotocamere e nelle videocamere digitali hanno come modello strutturale l’occhio umano e più in generale dei vertebrati. Il sistema di lenti, l’analogo del cristallino e della cornea, concentra l’immagine su un piano focale in cui è posto il sensore, a imitazione della retina, costituito da un insieme di elementi sensibili alla radiazione luminosa, i fotorecettori. Questo schema assicura un notevole sensibilità perché viene raccolta gran parte dei fotoni incidenti. Anche la risoluzione delle immagini è elevata e ha come unico limite la densità con cui si riesce a “impacchettare” gli stessi fotorecettori sul sensore.

Una microcamera digitale che imita l'occhio degli insetti

La maggior parte degli artropodi, invece, ha un apparato della visione più primordiale, con una struttura totalmente differente: l’occhio composto. L’organo è infatti costituito, come in un mosaico, da unità elementari adiacenti - gli ommatidi - ciascuna con una propria lente e un proprio insieme di fotorecettori. Poiché ogni ommatide riceve la luce da un angolo solido molto ristretto, questa “visione per apposizione” di cui sono dotati insetti e crostacei, non è molto sensibile. Ha però il vantaggio di offrire una visione panoramica, con un angolo di vista molto ampio, e una profondità di campo, cioè la distanza entro la quale gli oggetti nel campo visivo appaiono a fuoco, virtualmente infinita.

Song e colleghi hanno realizzato una camera digitale che imita l’occhio composto in quasi tutti i suoi aspetti. L’obiettivo è stato raggiunto realizzando una schiera di microlenti elastiche e una schiera deformabile di fotorivelatori, unite a formare una struttura a doppio strato, poi conformata in modo da ottenere una superficie emisferica. Il risultato è un piccolo occhio artificiale con un campo di vista quasi emisferico e una profondità di campo pressoché infinita.

Queste caratteristiche lo rendono un dispositivo ideale per molte applicazioni, per esempio come sensore visivo nei piccoli velivoli senza pilota, con grandi vantaggi rispetto alle camere con lenti “fish-eye”, cioè con un campo di vista di circa 180 gradi. Il fatto che le microlenti siano angolate tra loro consente infatti di valutare in modo preciso la posizione e la velocità del velivolo, e quindi di correggere la rotta in modo immediato.

Per arrivare alle prime realizzazioni pratiche bisognerà tuttavia rimediare al difetto principale del dispositivo, ovvero la scarsa sensibilità alla luce, intrinseca alla struttura dell’occhio composto. Gli studiosi ritengono che si potrà ottenere un progresso collocando  più di un fotorivelatore sotto ciascuna microlente e combinando il segnale in uscita dei fotorivelatori che puntano nella stessa direzione dello spazio.


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