受螳螂蝦眼睛的啟發，研究人員開發了一種新型的光學傳感器，該傳感器小到可以裝在智能手機上，但能夠進行高光譜和偏振成像。論文“螳螂蝦啟發式有機光電探測器同時用于高光譜和偏振成像”發表在《科學進展》雜志上。

“許多人工智能（AI）程序可以利用數據豐富的高光譜和極化圖像，但是捕獲這些圖像所需的設備目前有點笨重，”與該論文相關的論文的共同作者邁克爾·庫德諾夫（Michael Kudenov）說。“我們在這里的工作使更小巧，更用戶友好的設備成為可能。這將使我們能夠更好地將這些AI功能應用于從天文學到生物醫學的各個領域。”

在這項研究中的上下文中，高光譜成像是指能夠分解的可見波長的技術光成更窄的頻帶。人眼無法區分顏色的這些細微變化，但是計算機可以使高光譜成像對于確定圖像中對象的化學成分等任務非常有價值。

偏振法是指光中偏振的測量，該數據可用于確定圖像中對象的表面幾何形狀。例如，表面是否粗糙或光滑？表面相對于光源的角度是多少？

光是很難描述的，因為它既是粒子又是波。如果一束光從點A移動到點B，則這兩點之間的路徑就是光的方向。如果您將光視為粒子，則它沿直線從A點移動到B點。但是光還是電磁場，其波動像波一樣。如果您將波想象成從點A到點B傳播時上下擺動或左右擺動，則極化度是該波沿路徑的方向的量度。

盡管有更大的設備能夠捕獲高光譜和偏振圖像，但智能手機大小的成像技術已面臨重大挑戰。

受螳螂蝦眼睛的啟發，研究人員開發了一種光學傳感器，該傳感器足夠小，可以安裝在智能手機上，但能夠進行高光譜和偏振成像。這張照片顯示了傳感器的實驗原型。串聯結構由6個偏振敏感的有機光伏電池和4個沿著同一光軸串聯的聚合物延遲膜組成。

例如，手機攝像頭技術的設計會導致最終圖像中不同波長的光的對齊出現非常小的誤差。結果對于拍攝家庭照片來說并不是什么大問題，但對于科學圖像分析卻是有問題的。當相機可以捕獲更多顏色時（與高光譜技術一樣），問題就更加惡化了。

新的光傳感器的創造者靈感來自螳螂蝦的眼睛，它們非常擅長準確捕捉細微的顏色漸變。因此，研究人員創造了一種模仿螳螂蝦眼的有機電子傳感器。它被稱為氣孔足啟發多光譜和極化分析（SIMPOL）傳感器。

研究人員開發了一種原型SIMPOL傳感器，該傳感器可以同時記錄四個光譜通道和三個極化通道。相比之下，智能手機中使用的電荷耦合設備只有三個光譜成像傳感器，分別檢測紅色、綠色和藍色。此外，SIMPOL原型可以在一個點上測量四個顏色通道和三個偏振通道，而CCD則依賴于分布在多個點上的成像傳感器。

雖然只是概念上的證明，但研究人員使用建模仿真來確定該設計可用于創建能夠感應多達15個空間配準的光譜通道的檢測器。

Kudenov說：“ SIMPOL的彩色通道可以辨別比典型的成像傳感器窄10倍的光譜特征；換句話說，它的精確度要高10倍。”

該論文的共同通訊作者，北卡羅來納州立大學機械與航空航天工程副教授布倫丹·奧康納說：“我們的工作證明，有可能制造出可以同時捕獲高光譜和偏振圖像的小型高效傳感器。” “我認為這為新型有機電子傳感技術打開了大門。”
編輯：lyn