Arendsoog heeft 3D geprinte sensoren

De ogen van de arend zijn scherp en zien zowel naar voren als naar de zijkant – eigenschappen die ook bij automatisch autorijden van pas zouden komen. Fysici van de Universität Stuttgart hebben via 3D printing sensoren geproduceerd, die het arendsoog op een chip reproduceren.

Arenden kunnen vanaf 3 km hoogte een muis in een weiland herkennen. Tegelijkertijd hebben ze een zeer breed gezichtsveld, zodat ze vijandelijke vogels en andere dieren die vanaf de zijkant naderen, kunnen waarnemen.

De basis voor het spreekwoordelijke arendsoog ligt in het extreem hoge aantal zichtcellen in de centrale fovea, een inzinking midden in de gele vlek van het netvlies. Arenden hebben nog een tweede fovea aan de rand van het oog, die voor scherp zicht naar de zijkanten zorgt.

Hetzelfde zouden automobilisten graag zien voor zelfrijdende voertuigen. Naar voren moet een camera bijzonder scherp zien, obstakels herkennen en de afstand naar de voorligger inschappen. Maar ook de zijkant van de auto moet in het oog worden gehouden. Tot nu toe was daar een hele serie camera's en sensoren rond het voertuig of een roterende camera op het dak voor nodig.

Arendsoog op CMOS-chip

Onderzoekers van de Universität Stuttgart hebben een sensor ontwikkeld, die het arendsoog op een klein oppervlak reproduceert. Deze kon worden gerealiseerd dankzij de nieuwste 3D techniek van Nanoscribe uit Karlsruhe.

De fysici printten een set van micro-objectieflenzen met verschillende brandpuntsafstanden en gezichtsvelden direct op een CMOS-chip met hoge resolutie. De kleinste lens heeft een brandpuntsafstand die overeenkomt met een groothoekobjectief, daarna volgen twee lenzen met een gemiddeld gezichtsveld. De grootste lens heeft een grote brandpuntsafstand en klein gezichtsveld, net als een telelens.

De vier beelden die de lenzen op de chip genereren, worden gelijktijdig elektronisch uitgelezen en verwerkt. Daarbij stelt een klein computerprogramma het beeld zodanig samen, dat het hoge resolutie beeld van de telelens in het centrum en het beeld van de groothoeklens aan de buitenzijde wordt geplaatst. De onderzoekers testten hun nieuwe camera op verschillende proefobjecten en konden de verbetering van de resolutie in het centrum van dit zogeheten 'foveated imaging' systeem duidelijk bewijzen.

Geschikt voor Industrie 4.0

Omdat het totale sensorsysteem maar weinig mm² groot is – de lenzen hebben diameters in de orde van 100 µm tot een paar honderd µm – kunnen behalve de automobielindustrie ook nieuwe soorten minidrones profiteren van deze technologie. De sensoren zijn al verbonden met een kleine minicomputer, die een eigen IP-adres heeft en direct via een smartphone kunnen worden benaderd en uitgelezen. Hierdoor is het systeem geschikt voor toepassingen volgens Industrie 4.0.