עין בִּיוֹנִית מרובת-עדשות בקנה מידה של חרק, המשולבת בראייה וחישה ריחנית

עיניים ואף של רובוט באריזה זעירה אחת

דמיינו חרק רובוט שיכול לא רק לראות לאן הוא נוסע אלא גם "לشم" גזים מסוכנים באוויר—והכל באמצעות מכשיר שאינו גדול יותר מעין של זבוב אמיתי. מאמר זה מתאר יצירה כזו בדיוק: עין מרובת-עדשות מלאכותית זעירה המשלבת ראייה וריח בחיישן יחיד, קל־משקל במיוחד. באמצעות חיקוי טריקים של זבובי פרי ומינים נוספים, החוקרים מראים כיצד מזל"טים ורובוטים קטנים עתידיים יכולים לנווט בסביבות מסובכות ומסוכנות במהירות ובבטחה תוך צריכת אנרגיה מינימלית.

מה הטבע לימד את המהנדסים

חרקים כמו זבובי פרי מסתמכים על עיניים מרובות-עדשות—כיפות רוויות במאות עדשות זעירות—כדי לזהות תנועה בשדה ראייה רחב, מה שעוזר להם להתחמק מטורפים וממכשולים. במקביל, האנטנות שלהם מספקות חוש ריח חד, שמאפשר לזהות מזון, בני זוג או איומים באוויר. שתי זרמי המידע משולבים במוח החרק כדי לכוון החלטות מהירות. המחברים שאפו לשחזר את החוש הכפול הזה בחומרה: מכשיר יחיד בקנה מידה של חרק המדמה את עין הזבוב לגילוי תנועה בזווית רחבה ומשלב "אף" כימי לקריאת האוויר סביבו, ואז מאחד את שני האותות להתנהגות חכמה יותר.

בניית עין מעוקלת זעירה שעובדת באמת

הצוות בנה עין מלאכותית גלילית בגודל ראש חרק קטן, שבה הוטמנו 1,027 עדשות זעירות במחצית ריבוע שגובהה 1.5 מילימטר בלבד. באמצעות טכניקת הדפסה תלת־ממדית מדויקת מאוד, הם הדפיסו ישירות מערך מיקרו-עדשות מעוקל על שכבה גמישה של גלאי אור אורגניים. כל עדשה מיושרת עם גלאי יחיד וכך יוצרת "פיקסל" בודד הבוחן את כיוונו, בדומה לאוממטידיום של חרק. העדשות מעוצבות בזווית קבלה צרה כדי שהאור מכיוון אחד לא "ידלוף" לפיקסלים סמוכים, וחיקו בכך את הבידוד האופטי הטבעי שבעיניים מרובת-עדשות. כדי להתמודד עם ערפל ולחות, החוקרים הוסיפו מבנים זעירים בדמות שערות בין העדשות שמונעים התעבות טיפות על המשטח—בדומה לשערות הניקוי העצמי המקיפות עיניים אמיתיות של חרקים.

לזהות תנועה ולחוש את האוויר בזמן אמת

מתחת לעדשות שוכבת שכבת רגישה לאור המהונדסת במיוחד, המורכבת מתערובת של מוליכים למחצה אורגניים ונקודות קוונטיות של סולפיד עופרת. שילוב זה מאפשר למכשיר לזהות אור מאולטרה־סגול דרך תחום הנראה ועד לתת-אדום קרוב, תוך תגובה בכ-אחד בעשרת־אלפים השנייה—מהירות המספיקה לשיעור מיזוג הבזק של כ-1,000 תמונות לשנייה. במקום ליצור תמונות חדות ומפורטות, המכשיר רושם נקודות בהירות שמשתנות ברחבי שדה הראייה הרחב שלו, ודגם מתמטי פשוט ממיר זאת למידע על מיקום עצמים, מרחק משוער ותנועתם. במקביל, מערך צבעוני שהודפס במדפסות דיו פועל כ"אף" מלאכותי: נקודות זעירות המכילות קומפלקסים מתכתיים וצבעי pH משתנים בצבען כאשר נחשפות לגזים מסוכנים מסוימים. אלגוריתם חישול בהשראת זבוב—קל וקל משקל—ממיר את שינויי הצבע לזהות הגז ולריכוז משוער, עם דיוק של כ-93% בעשר אדי-רעילים נפוצים.

מבלי המכון אל רובוטים מתגלגלים ומזל"טים

כדי להוכיח שה"עין-ואף" בקנה מידה של חרק שימושית גם מחוץ למעבדה, החוקרים הרכיבו אותה על שתי פלטפורמות בלתי מאוישות קטנות. על רובוט בעלי גלגלים אולטרה־כיווני העין המעוקלת איפשרה למערכת לצפות בשדה אופקי של 180 מעלות ולזהות תנועה במהירות מספיקה להתחמק ממכשולים מתקרבים, אפילו בתנאי ערפל. כללים פשוטים המיושמים בחומרה—שוב בהשראת התנהגות הבריחה של חרקים—אפשרו לרובוט לסגת מפני עצמים מתקרבים או לסטות מהם בזמן שנוסע. על מזל"ט קטן, אותו מכשיר עקב אחרי מיקומם התלת־ממדי של מקורות אור ניידים וביחד עם חיישן הגז הדריך חקירה אוטונומית בסביבה מבחן שכללה מקורות אור ועננות של כימיקלים מסוכנים. מידע ראייתי וריחי שולב כך שהמזל"ט התאפשר גם לעקוב אחרי מטרות וגם למפות גזים מסוכנים במרחב.

מדוע זה חשוב למכונות קטנות עתידיות

העבודה מראה שניתן לארוז גם ראייה רחבת זווית ומהירה וגם חישה כימית בתוך חיישן בגודל של עין חרק אמיתי. המכשיר מוותר על פירוט תמונה מעודן לטובת רגישות לתנועה, כיסוי ספקטרלי רחב ויעילות אנרגטית—הפקדנים המדויקים שחשובים למזל"טים ורובוטים קטנים עם משאבי כוח ומחשוב מוגבלים. על ידי איחוד "עיניים" ו"אף" במערכת קומפקטית אחת והעתקת אסטרטגיות מיזוג מידע ממוחות חרקים, המחקר מצביע על נחיל עתידי של מכונות אוטונומיות קטנות וזולות שיכולות להתחמק ממכשולים, לזהות גזים מסוכנים ולחקור סביבות מורכבות עם הזריזות של חרקים מעופפים.

ציטוט: Wang, J., Wei, S., Qin, N. et al. An insect-scale artificial visual-olfactory bionic compound eye. Nat Commun 17, 2259 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-68940-0

מילות מפתח: עין מרובת-עדשות ביונית, רובוטיקה בהשראה ביולוגית, חישה מולטימודלית, מיקרו-מערכות ראייה, זיהוי גזים מסוכנים