El desarrollo de un sistema de proyección similar a la realidad virtual para estudiar la visión de los insectos podría eventualmente proporcionar a la Fuerza Aérea de los EE. UU. Un nuevo tipo de sistema de navegación.

La Universidad de Alabama en Huntsville (UAH) es la institución líder asociada con Polaris Sensor Technologies Inc. de Huntsville en un período de tres años, Subvención de $ 1 millón de Transferencia de Tecnología para Pequeñas Empresas (STTR) de Fase II para probar varios materiales de pantalla y luego diseñar y construir un sistema de proyección de escenas de experimentos de insectos para la Fuerza Aérea.

UAH y Polaris completaron con éxito un estudio de subvención de Fase I y se les animó a presentar una propuesta al programa de Fase II adjudicado competitivamente. Recientemente se ha notificado al equipo que su propuesta es ganadora. Polaris Sensor Technologies realizará el trabajo de diseño y la UAH es responsable de la investigación de los materiales y sistemas de los componentes. La cámara se construirá en el Edificio de Óptica de la UAH.

La Fuerza Aérea está interesada en aprender cómo los insectos usan la visión de polarización, dice el Dr. Don Gregory, Profesor distinguido de física de la UAH. La polarización implica la orientación geométrica de las oscilaciones de las ondas de luz, una propiedad que los insectos detectan y usan de alguna manera para dirigirse a sí mismos.

"Muchos insectos pueden ver y utilizar la polarización óptica. Por ejemplo, algunos insectos pueden ver el patrón de polarización parcial en el cielo, que no podemos ver sin instrumentos. Piense en escenarios en los que el GPS no está disponible, como en el fondo de "cañones urbanos". ¿Cómo navega? ", Pregunta el Dr. Gregory." Algunos insectos, incluidas las abejas, hormigas y langostas, navegar detectando el patrón de polarización celeste, y sería genial entender cómo lo hacen y explotar el mecanismo para lidiar con situaciones sin GPS ".

Para descubrir cómo los insectos explotan la polarización y la visión del color, Los científicos de la Fuerza Aérea primero necesitan un entorno experimental que proporcione estímulos visuales realistas para los insectos.

"Queremos que el insecto piense que está afuera, "Dice el Dr. Gregory.

Hay dos desafíos para que eso suceda. Primero, la pantalla utilizada para crear el entorno tiene que representar con precisión el espectro de luz y la polarización que se ingresa durante un experimento. En segundo lugar, la frecuencia de actualización de la pantalla debe estar por encima de la frecuencia a la que el insecto sometido a prueba experimenta un movimiento suave en lugar de simplemente una serie de imágenes refrescantes, llamado su frecuencia de fusión de parpadeo.

Hay dos tipos de pantalla posibles para proyectar imágenes experimentales a insectos. Uno usa un material de pantalla reflectante que rebota las imágenes proyectadas como una pantalla de película. El segundo usa una pantalla transmisiva que muestra imágenes proyectadas en él desde atrás, similar a las pantallas de TV de proyección.

Encontrar el mejor material para ambos tipos de pantallas es el trabajo de Bill Walker, quien es un estudiante de posgrado en física con una concentración en óptica.

"Lo que estamos desarrollando es una pantalla similar a IMAX para insectos, "Lo que hago es probar materiales candidatos para la pantalla", dice Walker. "El hecho de que los insectos puedan ver en un espectro más amplio que los humanos aumenta el desafío." Tiene que ser visible desde el ultravioleta hasta el rango humano, y sé que la gama UV es un hueso duro de roer ".

En el laboratorio, Walker usa un monocromador para seleccionar longitudes de onda de luz que concentra en una muestra de material de pantalla prospectivo, y luego mide la cantidad de luz reflejada o transmitida a través de un arco de 180 grados, todo mientras se monitorea la fidelidad de la reproducción a las longitudes de onda y la polarización que se ingresa.

"Lo principal que mido es la cantidad de luz que atraviesa la pantalla o se refleja en ella, dependiendo del ángulo, "Dice Walker.

Su trabajo se ve reforzado por la investigación sobre la polarización mediante la dispersión realizada por el miembro del equipo Ahmed Elsehly, un estudiante de doctorado en ingeniería y ciencias ópticas que también desempeña un papel principal como experto de los investigadores en el software de diseño óptico Zemax que utilizan.

"Zemax es el estándar de la industria para software óptico, y yo diría que no hay nadie en la universidad que lo entienda mejor que Ahmed, "Dice el Dr. Gregory.

El segundo obstáculo para la realidad virtual de los insectos es la frecuencia de actualización de la pantalla, que está siendo abordado por Samantha Gregory, Hija del Dr. Gregory y estudiante de posgrado en física.

"La mitad del desafío de hacer que crean que lo que la pantalla les muestra es real es hacer que la pantalla parpadee más rápido de lo que el insecto puede detectarlo, ", dice. Es una gran hazaña, dado que la velocidad a la que el insecto ve por separado se actualiza como una imagen continua en movimiento, que puede llegar a 400 Hz, está muy por encima de la frecuencia de visualización de aproximadamente 60 Hz donde los humanos ven las cosas en movimiento en una pantalla como un movimiento continuo.

"Para tener éxito, solo tenemos que operar por encima de esos 400 Hz, "Dice Samantha Gregory.

El diseño UAH / Polaris emplea la misma tecnología de dispositivo de microespejos digitales (DMD) que se utiliza en la última generación de proyectores de películas. Dice el Dr. Gregory.

Compara la frecuencia de actualización con el acto de dibujar figuras en muchos naipes, luego voltearlos para que la figura se mueva. "Si se voltea lo suficientemente rápido, parece un movimiento continuo ".