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生物技術：“蝦蛄眼”相機
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生物技術：“蝦蛄眼”相機
一隻雌性蝦蛄。圖片來源：美國國家科學基金會
在動物王國中，蝦蛄擁有攻擊速度最快的頭銜，它的威力足以打破貝殼和水族箱的玻璃。它們還有世界上最複雜、最非凡的眼睛。人的眼睛有三種光感受細胞，但這些甲殼類動物有十幾種，它們能夠感知到其他動物看不見的光線特性。
如今，伊利諾伊大學厄巴納-香檳分校的工程師們已經製作出了一台相機，很好地模擬了甲殼動物令人印象深刻的視覺係統。這台長度隻有3厘米左右的立方體設備在《光學》（Optica）雜誌上出現在了大眾眼前。研究人員聲稱，在批量生產後，每台售價可以低到10美元。他們相信，這套設備可以用來幫助汽車探測危險，幫助軍用無人機看到偽裝或遮擋背後的目標，並且幫助外科醫生更精準地工作。
蝦蛄眼部特寫。圖片來源：Alexander Vasenin
蝦蛄有兩種視覺超能力。首先，它們可以感知“偏振光”（polarized light），在偏振光中所有光波在同一個平麵上振動（而非偏振光則在各個方向上振動）。可以反光的物體總是會反射出一組偏振光，利用這項特性可以很好地從混雜的背景中區分出這個物體。蝦蛄就利用了這項特性在藍色的海洋中尋找獵物。它們探測到的光強變化範圍也特別大（動態範圍很寬），這讓他們可以同時看到非常明亮和非常黑暗的區域。
新的相機模仿了這兩種能力。電子計算機工程師維克托·格魯耶夫（Viktor Gruev）和同事共同合作，製造了一種由微型的矽基光線探測器組成的陣列。當然，類似的偏振單元也出現在其他商業相機中。但是，傳統的探測器產生的電流與光強成線性方式增長，而新的探測器則以指數方式響應，因此，產生的動態範圍大約是現行商業相機的10 000倍。研究人員還在探測器上覆蓋了微型鋁線，從而用來模擬蝦蛄眼中的微絨毛，這是它們用來過濾和感受偏振光的管狀結構。
一隻蝦蛄。圖片來源：Silke Baron
為了進行實地測試，研究人員在一輛車上同時裝了新相機和普通相機。格魯耶夫說，蝦眼相機拍攝的照片所呈現出的對比度更高，尤其是在霧氣朦朧和陰雨連綿的環境下，在大量高光或者暗光的場景中，也能表現出很好的對比度。
馬裏蘭大學的生物學教授托馬斯·克羅寧（Thomas Cronin）並沒有參與這項研究，但他認為蝦蛄是唯一能感知到全光譜顏色和偏振的生物，因此很適合用於相機仿生學研究。他說：“這項技術可以在複雜的背景中為你呈現清晰的圖像，而其他技術很難做到。”
撰文：普拉奇·帕特爾（Prachi Patel）
翻譯：趙岩
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