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仿生科技发威!雀尾螳螂虾眼睛能感应16色,研究员就做了台同等
2020-06-17

仿生科技发威!雀尾螳螂虾眼睛能感应16色,研究员就做了台同等

作为一种生活在水中的甲壳类动物,雀尾螳螂虾身怀各种绝技。比如,它们虽然个头不大,但是捕食起来却非常残暴。他们能用倒刺和锤节可以杀死并吃掉比它们大的猎物,狠起来连玻璃都能击穿,这种等级的伤害即便是一只小的雀尾螳螂虾也能做到。

当然,除了性情凶猛,雀尾螳螂虾的另一项天赋才能就是它们神奇的视觉系统,不仅能感知弧形偏振光,还能捕捉和分辨出 16 种颜色,连紫外光谱和光的极化都能收入眼底。什幺叫「目光所到之处皆为花火」?大概就是在说螳螂虾的眼睛了。

不对比就看不出伤害。

人类眼睛中用来感知颜色的视锥细胞只有三种,即红色、绿色和蓝色,恰当组合这三种感受器的话,我们是能得到任何可感知的颜色的。许多鸟类、爬行类动物以及昆虫有四种颜色感受器。有的动物有五种,例如鸽子、蝴蝶等。螳螂虾的颜色感受器竟然有 16 种。

更加神奇的是,螳螂虾能捕捉的色彩範围很广,但是它们的脑部又非常小,所以搞清楚「螳螂虾如何处理这些色彩资讯」是件很有意义的事情,因为这能给现有的相机提供一种降低耗能和节约空间的方法。

于是,伊利诺伊大学的研究人员最近就这样做了。他们从螳螂虾的视觉系统中得到灵感,创造出了一款「能够感知颜色和偏振光」的超敏感相机。

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研究人员正在使用这款相机进行水下拍摄。

「动物王国里充满了比人类的眼睛更为敏锐和複杂的生物。它们能感知到我们无法看见的自然现象,」伊利诺斯大学电子与计算机工学教授、研究论文的共同作者维克托·格鲁夫说。

而在这些生物中,最具代表性的就是螳螂虾了。它的眼睛有 16 种视锥细胞,并且还有六个捕捉光线极化的通道。二者的结合使得螳螂虾能够捕捉更多的视觉资讯,「看到」光的偏振特性。

Gruev 解释说,光的偏振是指光在真空中传播时的振蕩方向。我们大多数人都熟悉偏光太阳镜,它能有效排除和过滤光束中的散射光线。但许多动物会用偏振视觉来寻找食物,甚至通过感测太阳偏振光进行导航。

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研究发现,螳螂虾的眼睛会将光敏元件叠放在一起,让它在浅层光感受器中吸收较短的波长,在深层光感受器吸收波长较长的光。光感受器以耐米尺度週期性方式被组织起来,使螳螂虾能够「看到」光的偏振特性。

基于这项发现,研究团队随后结合硅光电探测器和其他纳米材料创建出一个点-射彩色偏振相机,可以应用于早期的癌症检测、环境变化监测以及解码许多水下生物的交流秘密等方面。

「通过模仿螳螂虾的视觉系统,我们创造了一个独特的相机,它能改善我们的生活品质。」Gruev 说,「我们正将其应用在早期癌症监测中,并且它的技术成本不到 100 美元,这对医疗资源有限的地区来说将是一项非常有意义的新技术」。


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