Panoramatická kamera oko mouchy. Kolik snímků za sekundu vidí moucha a kolik očí má složené oko?

Již v našem vzdáleném dětství si mnozí z nás kladli takové zdánlivě triviální otázky o hmyzu, jako například: kolik očí má moucha obecná, proč pavouk tká síť a proč může bodnout vosa.

Entomologická věda má odpovědi na téměř všechny z nich, ale dnes vyzveme vědění vědců o přírodě a chování, abychom pochopili otázku, jaký je vizuální systém tohoto druhu.

V tomto článku si rozebereme, jak moucha vidí a proč je tak těžké tento otravný hmyz plácnout plácačkou na mouchy nebo chytit dlaní o zeď.

<b>Obyvatel pokoje</b>

Moucha domácí nebo moucha domácí patří do čeledi pravých much. A i když se téma naší recenze týká všech druhů bez výjimky, dovolíme si pro přehlednost celou čeleď zvážit na příkladu tohoto velmi známého druhu domácích parazitů.

Moucha domácí je vzhledově velmi nenápadný hmyz. Má šedočerné zbarvení těla, s některými náznaky žluté na podbřišku. Délka dospělého jedince zřídka přesahuje 1 cm Hmyz má dva páry křídel a složené oči.

<b>Složené oči – jaký to má smysl?</b>

Zrakový systém mouchy zahrnuje dvě velké oči umístěné na okrajích hlavy. Každá z nich má složitou strukturu a skládá se z mnoha malých šestiúhelníkových faset, odtud název tohoto typu vidění jako fasetové.

Celkem má muší oko ve své struktuře více než 3,5 tisíce těchto mikroskopických součástí. A každý z nich je schopen zachytit jen nepatrnou část celkového obrazu a přenést informace o výsledném miniobrázku do mozku, který poskládá všechny hádanky tohoto obrázku dohromady.

Pokud porovnáte fasetové vidění a binokulární vidění, které má člověk například, rychle zjistíte, že účel a vlastnosti každého z nich jsou diametrálně odlišné.

Vyspělejší zvířata mají tendenci soustředit svůj zrak na určitou úzkou oblast nebo na konkrétní předmět. Pro hmyz není ani tak důležité vidět konkrétní objekt, jako rychle se orientovat v prostoru a všímat si blížící se nebezpečí.

<b>Proč je tak těžké ji chytit?</b>

Tohoto škůdce je opravdu velmi těžké zaskočit. Důvodem není jen zvýšená reakce hmyzu ve srovnání s pomalým člověkem a schopnost téměř okamžitě vzlétnout. Tak vysoká úroveň reakce je způsobena především včasným vnímáním změn a pohybů tohoto hmyzu v rámci zorného okruhu jeho očí mozkem.

Zrak mouchy umožňuje vidět téměř 360 stupňů. Tento typ vidění se také nazývá panoramatický. To znamená, že každé oko poskytuje 180stupňový pohled. Je téměř nemožné tohoto škůdce zaskočit, i když se k němu přiblížíte zezadu. Oči tohoto hmyzu vám umožňují ovládat celý prostor kolem něj, čímž poskytují stoprocentní všestrannou vizuální obranu.

Existuje další zajímavá vlastnost mouchy vizuálního vnímání barevné palety. Koneckonců, téměř všechny druhy vnímají odlišně určité barvy známé našim očím. Některé z nich hmyz vůbec nerozezná, jiné jim vypadají jinak, v různých barvách.

Mimochodem, kromě dvou složených očí má moucha ještě tři jednoduchá oka. Jsou umístěny v prostoru mezi fazetami, na přední části hlavy. Na rozdíl od složených očí tyto tři používá hmyz k rozpoznání předmětu v bezprostřední blízkosti.

Na otázku, kolik očí má obyčejná moucha, tedy nyní můžeme bezpečně odpovědět – 5. Dvě komplexní fazetové oči, rozdělené do tisíců ommatidií (fazet) a určené pro co nejrozsáhlejší kontrolu nad změnami okolního prostředí , a tři jednoduché oči , umožňující, jak se říká, ostření.

<b>Pohled na svět</b>

Již jsme řekli, že mouchy jsou barvoslepé a buď nerozlišují všechny barvy, nebo vidí nám známé předměty v jiných barevných tónech. Tento druh je také schopen rozlišit ultrafialové světlo.

Je třeba také říci, že navzdory jedinečnosti jejich vidění tito škůdci ve tmě prakticky nevidí. V noci moucha spí, protože její oči neumožňují tomuto hmyzu lovit ve tmě.

A tito škůdci také mají tendenci vnímat dobře jen menší a pohybující se předměty. Hmyz nedokáže rozlišit předměty tak velké, jako je například člověk. Pro mouchu to není nic jiného než další část nitra prostředí.

Ale přiblížení ruky k hmyzu je dokonale detekováno jeho očima a okamžitě dává potřebný signál mozku. Stejně jako vidět jakékoli jiné rychle se blížící nebezpečí, nebude to pro tyto tenisky těžké díky složitému a spolehlivému sledovacímu systému, který jim příroda poskytla.

<b>Závěr</b>

Takže jsme analyzovali, jak svět vypadá očima mouchy. Nyní víme, že tito všudypřítomní škůdci mají, jako každý hmyz, úžasný vizuální aparát, který jim umožňuje zůstat ostražití a udržovat si stoprocentní všestrannou pozorovací obranu během denních hodin.

Vize mouchy obecné připomíná složitý sledovací systém zahrnující tisíce minikamer, z nichž každá poskytuje hmyzu včasné informace o tom, co se děje v bezprostředním dosahu.

Při velkém zvětšení oko hmyzu připomíná jemnou mřížku.
Oko hmyzu se totiž skládá z mnoha malých „oček“ – faset. Oči hmyzu se nazývají složené oči. Drobná oční fazeta se nazývá ommatidium. Ommatidium má vzhled dlouhého úzkého kužele, jehož základem je čočka ve tvaru šestiúhelníku. Odtud pochází název složeného oka: facet ve francouzštině znamená „fazeta“.

Svazek ommatidií tvoří složité kulaté oko hmyzu.

Každé ommatidium má velmi omezené zorné pole: zorný úhel ommatidia ve střední části oka je pouze asi 1 ° a na okrajích oka – až 3 °. Ommatidium „vidí“ pouze tu nepatrnou oblast předmětu před očima, na kterou je „namířeno“, to znamená, kam směřuje pokračování jeho osy. Ale protože ommatidia spolu těsně sousedí a jejich osy v kulatém oku se radiálně rozbíhají, celé složené oko zahrnuje objekt jako celek. Obraz předmětu je navíc mozaikový, tedy složený ze samostatných dílků.

Počet ommatidií v oku se u hmyzu liší. Mravenec dělnice má v oku jen asi 100 ommatidií, moucha domácí asi 4000 5000, včela dělnice 17 000, motýli až 30 000 a vážky až XNUMX XNUMX! Mravenec má tedy velmi průměrné vidění, zatímco obrovské oči vážky – dvě duhové polokoule – poskytují maximální zorné pole.

Protože se optické osy ommatidií rozbíhají v úhlech 1-6°, není jasnost obrazu hmyzu příliš vysoká: nerozlišují malé detaily. Většina hmyzu je navíc krátkozraká: předměty kolem sebe vidí na vzdálenost pouhých několika metrů. Složené oči však výborně rozlišují blikající (blikající) světlo s frekvencí až 250–300 hertzů (u člověka je maximální frekvence asi 50 hertzů). Oči hmyzu dokážou určit intenzitu světelného toku (jas) a navíc mají jedinečnou schopnost: dokážou určit rovinu polarizace světla. Tato schopnost jim pomáhá orientovat se, když na obloze není vidět slunce*.

Hmyz vidí barvy, ale ne stejným způsobem jako my. Například včely „neznají“ červenou barvu a nerozlišují ji od černé, ale vnímají ultrafialové paprsky, které jsou pro nás neviditelné a nacházejí se na opačném konci spektra. Někteří motýli, mravenci a další hmyz dokážou také detekovat ultrafialové světlo. Mimochodem, je to právě slepota opylujícího hmyzu v našich končinách vůči červené barvě, která vysvětluje kuriózní skutečnost, že mezi naší divokou flórou nejsou rostliny s šarlatovými květy.

*Světlo přicházející ze slunce není polarizované, to znamená, že jeho fotony mají náhodnou orientaci. Při průchodu atmosférou je však světlo v důsledku rozptylu molekul vzduchu polarizováno a rovina jeho polarizace směřuje vždy ke Slunci.

Kromě složených očí má hmyz tři jednoduché oči o průměru 0,03-0,5 mm, které jsou umístěny ve tvaru trojúhelníku na čelní-parietální ploše hlavy. Tyto oči nejsou uzpůsobeny k rozlišování předmětů a jsou potřeba ke zcela jinému účelu. Měří průměrnou úroveň osvětlení, která se používá jako referenční bod („nulový signál“) při zpracování vizuálních signálů. Pokud hmyzu zalepíte oči, zachová si schopnost prostorové orientace, ale bude moci létat pouze v jasnějším světle než obvykle. Důvodem je to, že zapečetěné oči berou černé pole jako „průměrnou úroveň“ a poskytují tak složeným očím širší rozsah osvětlení, což v souladu s tím snižuje jejich citlivost.

Při velkém zvětšení oko hmyzu připomíná jemnou mřížku.

Oko hmyzu se totiž skládá z mnoha malých „oček“ – faset. Oči hmyzu se nazývají fasetovaný . Drobné fasetové oko se nazývá ommatidium . Ommatidium má vzhled dlouhého úzkého kužele, jehož základem je čočka ve tvaru šestiúhelníku. Odtud název složené oko: aspekt přeloženo z francouzštiny znamená “okraj” .

Svazek ommatidií tvoří složité kulaté oko hmyzu.

Každé ommatidium má velmi omezené zorné pole: zorný úhel ommatidia ve střední části oka je pouze asi 1 ° a na okrajích oka – až 3 °. Ommatidium „vidí“ pouze tu nepatrnou oblast předmětu před očima, na kterou je „namířeno“, to znamená, kam směřuje pokračování jeho osy. Ale protože ommatidia spolu těsně sousedí a jejich osy v kulatém oku se radiálně rozbíhají, celé složené oko zahrnuje objekt jako celek. Obraz předmětu je navíc mozaikový, tedy složený ze samostatných dílků.

Počet ommatidií v oku se u hmyzu liší. Mravenec dělnice má v oku jen asi 100 ommatidií, moucha domácí asi 4000 5000, včela dělnice 17 000, motýli až 30 000 a vážky až XNUMX XNUMX! Mravenec má tedy velmi průměrné vidění, zatímco obrovské oči vážky – dvě duhové polokoule – poskytují maximální zorné pole.

Protože se optické osy ommatidií rozbíhají v úhlech 1-6°, není jasnost obrazu hmyzu příliš vysoká: nerozlišují malé detaily. Většina hmyzu je navíc krátkozraká: předměty kolem sebe vidí na vzdálenost pouhých několika metrů. Složené oči však výborně rozlišují blikající (blikající) světlo s frekvencí až 250–300 hertzů (u člověka je maximální frekvence asi 50 hertzů). Oči hmyzu dokážou určit intenzitu světelného toku (jas) a navíc mají jedinečnou schopnost: dokážou určit rovinu polarizace světla. Tato schopnost jim pomáhá orientovat se, když na obloze není vidět slunce.

Hmyz vidí barvy, ale ne stejným způsobem jako my. Například včely „neznají“ červenou barvu a nerozlišují ji od černé, ale vnímají ultrafialové paprsky, které jsou pro nás neviditelné a nacházejí se na opačném konci spektra. Někteří motýli, mravenci a další hmyz dokážou také detekovat ultrafialové světlo. Mimochodem, je to právě slepota opylujícího hmyzu v našich končinách vůči červené barvě, která vysvětluje kuriózní skutečnost, že mezi naší divokou flórou nejsou rostliny s šarlatovými květy.

Světlo přicházející ze Slunce není polarizované, což znamená, že jeho fotony mají náhodnou orientaci. Při průchodu atmosférou je však světlo v důsledku rozptylu molekul vzduchu polarizováno a rovina jeho polarizace směřuje vždy ke Slunci.

Mimochodem.

Kromě složených očí má hmyz tři jednoduché oči o průměru 0,03-0,5 mm, které jsou umístěny ve tvaru trojúhelníku na čelní-parietální ploše hlavy. Tyto oči nejsou uzpůsobeny k rozlišování předmětů a jsou potřeba ke zcela jinému účelu. Měří průměrnou úroveň osvětlení, která se používá jako referenční bod („nulový signál“) při zpracování vizuálních signálů. Pokud hmyzu zalepíte oči, zachová si schopnost prostorové orientace, ale bude moci létat pouze v jasnějším světle než obvykle. Důvodem je to, že zapečetěné oči berou černé pole jako „průměrnou úroveň“ a poskytují tak složeným očím širší rozsah osvětlení, což v souladu s tím snižuje jejich citlivost.

Švýcarským vědcům se podařilo reprodukovat oko mouchy, takzvané umělé složené oko.
Složené oči, skládající se z mnoha úzkých čípků citlivých na světlo zvaných ommatidia, jsou charakteristické pro hmyz a korýše.

Takové oči mají oproti lidským očím řadu výhod a nevýhod. Oko mouchy má nižší rozlišení než oko obratlovců, což znamená, že obraz zachycený tímto okem nebude jasný. Mezi výhody patří, že jsou méně inertní (některý hmyz je schopen vnímat blikání s frekvencí až 300 Hz), nevyžadují ostření a dokážou rozlišit nejen barvu, ale i směr polarizace světla. Stručně řečeno, obraz je rychlý, pestrý, bohatý, ale není jasný. Tým vědců z Federální polytechnické školy v Lausanne (EPFL) vytvořil prototyp umělého složeného oka, které využívá tohoto designu.

Kamera je jako oko mouchy (složené oko)

Umělé oko, které vědci pojmenovali CurvACE (CURVed Artificial Compound Eyes), se skládá z 630 „ommatidií“, z nichž každá je prvkem citlivým na světlo a mikročočkou, která na něj zaměřuje úzký paprsek světla. Oko má zorný úhel 60 stupňů ve vertikální rovině a 180 v horizontální rovině. Vertikální úhly pohledu různých ommatidií jsou určeny tvarem mikročoček a horizontální úhly jsou určeny zakřivením substrátu, na kterém se oko nachází. Tento tvar je dán výrobní technologií: světlocitlivé prvky jsou formovány na pevném krystalu, který je následně nařezán na úzké proužky.

Kamera je jako oko mouchy (složené oko)

Oko má objem pouze 2,2 centimetru krychlového a váží 1,75 gramu. V průmyslové výrobě současná úroveň technologie umožní její velikost zmenšit minimálně na polovinu. Hlavním účelem oka je vizuální navigační systém pro roboty. Oko má vysokou citlivost a dynamický rozsah – každé ommatidium se může individuálně přizpůsobit úrovni osvětlení. Takové oko nelze oslepit sluneční záři. V kombinaci s vysokým výkonem (prototyp dokáže dodat až 1500 snímků za sekundu), malými rozměry, nedostatečným zkreslením na okrajích zorného pole a schopností relativně snadno dosáhnout kruhového nebo dokonce sférického pohledu z něj činí ideální nástroj pro určování polohy robota v prostoru, detekci překážek a předcházení kolizím. První ukázky takových kamer pravděpodobně uvidíme na samořídících autech a různých robotech.

Charakteristiky CurvACE jsou zhruba ekvivalentní oku ovocné mušky Drosophila. Stejně jako oko hmyzu, které obsahuje nervový uzel, který provádí primární zpracování obrazu, CurvACE obsahuje mikrokontrolér, který zpracovává signál ze senzorů pomocí algoritmů optického toku, a také akcelerometr a gyroskop.

Samotná elektronická výplň tvoří většinu hmoty a objemu oka – pole CMOS snímačů s mikročočkami má tloušťku 1 mm a váží 0,36 gramu. Schopnost dát fazetové kameře jakýkoli tvar a absence velkých čoček otevírá mnoho možností: takové „oči“ lze zabudovat do zdí místností, do oblečení nebo nábytku pro použití v inteligentních domácnostech nebo kamerových systémech. Kombinací různých typů ommatidií v jednom senzoru je možné vytvořit kameru, která vidí v různých rozsazích současně. Jakýsi prototyp vševidoucího oka, nová pohroma pro paranoiky a zázračný nález pro speciální služby.