Есть такой рак-богомол. Этот хрен видит 12 цветных каналов (мы только 3, если что, а пчёлы и птицы 4) и 6 поляризационных (мы ни одного).
Цвет — это длина волны. Поляризация — в какую сторону она колеблется. Муравьи ориентируются по поляризованному свету неба, водные жуки находят так поверхность воды.
У рака всё это в диапазоне от ультрафиолета до конца видимого нам света (без инфракрасного). То есть у него все задатки стать лучшим цветовым дизайнером, потому что цвет он видит далеко за привычными нам шкалами.
Точнее, мог бы, если бы у него было достаточно мозга.
Хватит ли у него способностей стать дизайнером, выяснить не удалось, но:
— Цвет он различает хуже нас — до мозга доезжает всё это с очень большим округлением до 25 нм. Мы в середине спектра в зелёных цветах различаем с точностью 1-2 нм, а в несъедобных цветах (наши предки ели листву) вроде фиолетового — 10-20 нм.
— Система, похоже, не сравнивает сигналы каналов между собой, а считает их отдельно — скорость важнее точности.
Есть камеры, которые могут снимать и цвет, и поляризацию — но они тяжёлые и дорогие. В них используются сложные системы линз, призм и разделителей луча. Из-за этого пиксели цвета и поляризации часто не совпадают друг с другом с идеальной точностью (погрешность десятки пикселей).
Начали
реверсить рака:
— В обычных матрицах фотоаппаратов пиксели RGB лежат рядом друг с другом (фильтр Байера). У рака клетки расположены друг под другом стопкой. Синий свет поглощается на самой поверхности (на глубине около 400 нанометров), зеленый проникает чуть глубже (до 1 микрометра), а красный уходит глубже всего (до 3 микрометров). Один элемент фиксирует сразу три цвета.
— Поверх этого пирога прямо на чип напылили микроскопические решетки из алюминиевых нанопроводов (шириной всего 75 нанометров). Они работают как жалюзи, пропуская свет только с определенным углом поляризации. Нанопровода расположили блоками 2х2 с углами 0°, 45°, 90° и 135°.
Собрали полноценную матрицу 1280 на 720 пикселей и протестировали. Потребление 250 милливатт (примерно как в телефоне). Очень хорошее качество съёмки поляризации, пространственный шум 2% (норма 5%), точность высокая. Но очень херовый шум считывания, поэтому камера работает только при хорошем освещении. Из-за интерполяции по поляризации ещё и результирующее разрешение ниже физического.
Поныряли с ней около Австралии, снимали каракатиц, кальмаров и раков-богомолов. Оказалось, они имеют на теле поляризационные узоры, невидимые нам, которые используют для маскировки или общения друг с другом.
А вот прикладные применения этой камеры:
— Вскрыли мозг живой саранче, направили на него свою камеру (снимая 20 кадров в секунду) и начали пускать насекомому в усы разные запахи (гексанол и октанол). И увидели без красителя, как в ответ на запах меняется поляризация нейронов мозга. Изменения микроскопические: отражение менялось всего на 0,38% для одного запаха и на 0,45% для смеси. Но этого хватило, чтобы увидеть работу мозга вообще без внедрения красителей!
— Растягивали тонкий срез коровьего сухожилия с частотой 1 раз в секунду. Камера в реальном времени показала изменение угла поляризации, который напрямую соответствует тому, как выстраиваются и натягиваются коллагеновые волокна.
— Примерно 50–80% так называемых плоских предраковых и раковых поражений кишечника пропускаются врачами, потому что на обычной камере они не отличаются от здоровой слизистой. Ученые подключили матрицу к эндоскопу и исследовали кишечник мышей. Было хорошо видно как тёмные пятна.
Слабые места — в конструкции. Например, нанолитография для алюминиевых решеток нестабильная, поэтому там куча битых и кривых датчиков, и нужна компенсация программным фильтром. Ну и интерфейс — поляризацию врач не видит, приходится показывать отдельно.
Так рак помог искать рак!
Фотографии Cédric Peneau.
--
Вступайте в ряды Фурье! |
Лучшие посты
— Эй, лосось, знаешь, мы назвали в твою честь цвет!
— О, это тааак мило! Серебристо-голубой, да?
— Э.. как бы тебе сказать...
