Используя структуру сложного глаза одного из видов трилобитов, ученые создали металинзу. Благодаря сочетанию нанофотоники и алгоритма искусственного интеллекта, исследователям удалось разработать камеру, обеспечивающую глубину резкости от 3 сантиметров до 1,7 километра.
Трилобиты — это вымершие морские членистоногие, которые обитали в океанах от 250 до 543 миллиона лет назад. У этих беспозвоночных были сложные фасеточные глаза, состоящие из тысяч отдельных ячеек. Каждая ячейка включала роговицу, минеральную линзу из кальцита, выполнявшую роль хрусталика, и светочувствительные клетки. Благодаря такой конструкции, трилобиты обладали широким охватом зрения. Рекордсменом оказался Dalmanitina socialis, трилобит обладал бифокальными фасетками, каждая из которых состояла из двух линз, преломляющих свет под различными углами. Такая конструкция позволяла ему одновременно видеть добычу, находящуюся поблизости, и хищников, приближающихся с дальней дистанции.
Вдохновившись устройством глаз Dalmanitina socialis, исследователи из Национального института стандартов и технологий (США) разработали миниатюрную камеру, оснащенную бифокальным объективом и обладающую рекордной глубиной резкости. Описание устройства представлено в журнале Nature Communications, может четко отображать объекты на расстоянии от трех сантиметров до 1,7 километра.
Чтобы создать камеру, ученые разработали набор миниатюрных металинз — ультратонких плоских стеклянных линз, поверхность которых покрыта наноразмерными столбиками. Благодаря форме и ориентации этих столбиков свет фокусировался таким образом, что металинза могла одновременно отображать как близкие, так и удаленные объекты. Наностолбики отклоняли в разные стороны свет с правой и левой круговой поляризацией, заставляя одни лучи проходить более длинный путь преломления, а другие — более короткий. Фокус, в который попадал свет, определялся именно этим различием в пути.
Объекты на среднем расстоянии от камеры оставались не в фокусе. Чтобы устранить эту проблему, исследователи применили нейронную сеть, которая повышала резкость и улучшала цветопередачу объектов, находящихся между ближайшей и дальней точками фокусировки металинзы. В результате удалось получить четкие изображения на всем километровом диапазоне, охватываемом камерой.
Камеры с большой глубиной резкости, использующие фотонные нанотехнологии, фотографию и алгоритмы искусственного интеллекта, откроют возможности для создания изображений с высокой детализацией. Благодаря им станет возможна съемка городских пейзажей и групп живых организмов, расположенных на значительном удалении друг от друга, а также будут востребованы в других областях, где необходимо получение четких снимков как близких, так и удаленных объектов.