В нынешних нанотехнологиях есть запрос на камеры с огромной глубиной резкости, с помощью которых можно получать чёткие изображения как предельно близких, так и весьма удалённых объектов. Коли есть запрос, значит, идёт поиск. И вновь учёные обратились к живому миру; в этот раз подсказка вообще пришла уникальным образом – от трилобитов! Эти вымершие беспозвоночные морские членистоногие населяли океаны 250–543 млн лет назад.

Трилобиты имели сложные фасеточные глаза, состоящие из тысяч независимых ячеек. Каждая ячейка имела собственную роговицу, минеральную линзу из кальцита, заменявшую хрусталик, и светочувствительные клетки. Такие глаза обеспечивали трилобитам огромный диапазон зрения. Рекордсменом оказался Dalmanitina socialis, обладатель бифокальных фасеток, каждая из которых содержала две линзы, преломляющие свет под разными (!) углами. Это позволяло трилобиту видеть одновременно и добычу, плавающую вблизи, и хищников, приближающихся издалека. Вдохновившись устройством глаз Dalmanitina socialis, исследователи из США создали миниатюрную камеру с бифокальным объективом и рекордной глубиной резкости. Устройство может чётко отображать объекты на расстоянии от 3 см до 1,7 км!

Для создания камеры учёные изготовили набор крошечных металинз — ультратонких плоских стеклянных плёнок, на поверхности которых сформированы наноразмерные столбики. Форма и ориентация столбиков фокусировала свет таким образом, что металинза одновременно отображала близкие и далёкие объекты. Наностолбики отклоняли в разные стороны свет с правой и левой круговой поляризацией. Одни лучи проходили более длинный путь преломления на наностолбиках, другие — более короткий. От этого зависел фокус, в который попадал свет.

Однако объекты, находящиеся на среднем расстоянии от камеры, оставались вне фокуса. Для исправления этого дефекта учёные использовали нейронную сеть, которая улучшала чёткость и цветопередачу объектов, расположенных между ближним и дальним фокусом металинзы. Это позволило получить чёткое изображения во всём более чем километровом диапазоне, захваченном камерой.

Подобные камеры с огромной глубиной резкости, объединяющие фотонные нанотехнологии, фотографию и алгоритмы искусственного интеллекта, позволят создавать высокодетализированные изображения. Например, они дадут возможность снимать сильно распределённые в пространстве группы живых организмов, а также будут полезны для других приложений, требующих получать четкие изображения как близких, так и удаленных объектов, в частности в атмосфере.

Подробное описание устройства представлено в журнале Nature Communications, сообщает сетевое издание Naked Science.