Künstliche Bienenaugen fürs Militär

Mehr Linsen für bessere Rundumsicht: Forscher bauen die Sehorgane von Insekten nach

Während es bis zum künstlichen Auge für den Menschen (von Prothesen abgesehen) noch ein weiter Weg ist, könnten sich Insekten eventuell schon in naher Zukunft Ersatz-Augen implantieren lassen. Wenn sie sie denn bezahlen können – wenn menschliche Forscher schon mal etwas Nützliches entwickeln, haben sie meist nur ihr eigenes Budget im Blick.

So auch in diesem Fall: die von der Biologie inspirierten Augen, die Forscher der University of California in Berkeley in der aktuellen Ausgabe des Wissenschaftsmagazins Science vorstellen, sind für so eindeutig humane Aufgaben gedacht wie den Einsatz in Überwachungs-Kameras (es ist insofern auch kein Zufall, dass die Arbeit finanziell vom US-Verteidigungsmnisterium unterstützt wurde).

Mikroskop-Aufnahme einer mit 8370 Einzelaugen besetzten Polymer-Halbkugel mit 2,5 Millimeter Durchmesser (Bild: Science)

Das von dem Wissenschaftlerteam um Luke Lee konstruierte Sehorgan hat nämlich einen großen Vorteil: es besitzt ein besonders großes Gesichtsfeld. Das liegt daran, dass es nach dem Prinzip des Komplexauges aufgebaut ist, wie es sich Insekten im Laufe der Evolution erworben haben. Es besteht nicht wie das menschliche Auge aus nur einer Linse, sondern aus 300 (Glühwürmchen) bis zu 30.000 (Libellen), die in Einzelaugen, den so genannten Ommatidien organisiert sind.

Die US-Wissenschaftler haben sich darauf beschränkt, ein mit unter 5000 noch vergleichsweise gering bestücktes Bienenauge nachzubauen, ihr künstliches Äquivalent besitzt 8370 Ommatidien. Das Komplexauge bietet gegenüber einem Einzelauge übrigens noch einen weiteren Vorteil, der den Insekten zu flotterem Bewegungssehen verhilft: die Bilder entstehen nicht wie bei unsereins auf dem Kopf stehend, wo sie erst vom Gehirn wieder auf die Füße gestellt werden müssen.

Die vielen schmalen Ommatidien sind auf einer gekrümmten Oberfläche derart angeordnet, dass jede einzelne Linse in eine andere Richtung schaut. Setzt man nun die einzelnen Punkte zusammen, entsteht ein Rundum-Bild, wie man es mit herkömmlicher Technik nur schwer erzeugen kann. Bisher mussten für solche Zwecke Fischaugen-Linsen herhalten. Zu deren Konstruktion benötigt man einerseits unpraktisch große Glaskörper, andererseits sind diese besonders genau zu positionieren, damit keine unberechenbaren Bildverzeichnungen entstehen.

Bisherige Bestrebungen, Komplexaugen künstlich herzustellen, beschränkten sich, so beschreiben es Lee und Kollegen in ihrer Science-Arbeit, auf flache Strukturen, die gegenüber Fischaugen-Linsen keine Vorteile boten. Fraunhofer-Forscher hatten zum Beispiel vor zwei Jahren dasselbe Prinzip genutzt, um besonders dünne Kamerasensoren zu bauen, die man sogar in Chipkarten integrieren kann.

Querschnitt des künstlichen Auges, auf dem die räumliche Anordnungen der Ommatidien erkennbar ist (Bild: Science)

Um nunmehr räumliche Strukturen zu erzeugen, wandten die Wissenschaftler einen sehr ausgefeilten Prozess an: Zunächst schufen sie eine flache, mit Mikrolinsen besetzte Membran. Diese wurde mittels Unterdruck räumlich deformiert und als eine Art Press-Muster für das Linsenfeld benutzt. Das fertige Linsenfeld setzten die Forscher schließlich dazu ein, sich den anschließenden, zur Licht-Weiterleitung nötigen „Glaskörper“ (der hier aus UV-empfindlichem Plastik bestand) selbst zu „schreiben“, indem sie das im Entstehen begriffene Auge homogen mit ultraviolettem Licht bestrahlten. Tatsächlich erwiesen sich die optischen Eigenschaften und die Maße der so hergestellten Komplexaugen als denen des Vorbilds Biene erstaunlich ähnlich.

Dass sich derart aufgebaute Linsensysteme demnächst in Heimelektronik durchsetzen, ist allerdings weniger wahrscheinlich: da jedes Einzelauge nur einen Bildpunkt beisteuert, ist die so erreichbare Auflösung noch begrenzt – im Megapixel-Wahn könnten die Forscher nicht mithalten. (Matthias Gräbner)

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