Forscher der Northwestern University nutzen die Technik von Springspinnen für eine neue digitale 3D-Kamera, die mit Abstand weniger Strom verbraucht als Konkurrenzmodelle. Das Geheimnis liegt in der Abstandsmessung, Springspinnen ermitteln ihn mit höchster Präzision, wenn sie zum Sprung ansetzen, um ein Beuteinsekt zu fangen.
Vor allem eine besondere Vorrichtung in den Augen der Tiere hat es den Experten der Northwestern University angetan: Ihre Sehorgane haben nicht eine einzige Netzhaut wie die Augen von Menschen und Säugetieren, sondern mehrere, deshalb sehen sie ein Objekt gleichzeitig scharf - mit Netzhaut eins - und unscharf - mit Netzhaut zwei, drei und so weiter. Jede Netzhaut ist auf eine bestimmte Entfernung fokussiert.
Aus den unterschiedlichen Schärfegraden lässt sich die Entfernung ermitteln. In Digitalkameras geschieht das im Normalfall, indem die Bilder von zwei Objektiven ausgewertet werden, die ein Objekt unter zwei verschiedenen Blickwinkeln aufnehmen. Aus den Unterschieden lässt sich die Entfernung berechnen, allerdings mit viel rechnerischem Aufwand, der einen hohen Energiebedarf hat.
Die neue Kamera begnügt sich dagegen mit einer Leistung von weniger als einem Watt. Damit liessen sich energiesparende Geräte ausstatten, die maschinelles Sehen benötigen, wie Roboter und elektronische Blindenhunde. "Das Gehirn der Springspinnen ist sehr klein - etwa so gross wie ein Mohnsamenkorn. Deshalb müssen sie Entfernungen auf äusserst effiziente Weise berechnen", sagt Northwestern-Expertin Emma Alexander.
Die Wissenschaftler haben einen extrem energieeffizienten Tiefensensor entwickelt, der sich in ressourcenbeschränkten Situationen einsetzen lässt, in denen Nutzer keinen unbegrenzten Zugang zu Strom haben. Die "Spidercam", wie Alexander die Kamera nennt, nimmt gleichzeitig zwei Bilder mit leicht unterschiedlichen Fokus-Einstellungen auf.
Ein eigens entwickelter Algorithmus fungiert als Vermittler zwischen Unschärfe und Entfernung und analysiert anschliessend, wie sich die Schärfe von Kanten und Texturen zwischen den Bildern verändert. Schliesslich wandelt er diese Unterschiede in Echtzeit in Entfernungsangaben um. Der Prototyp erzeugt 32,5 Bildern pro Sekunde und verbraucht dabei nur 624 Milliwatt.
