یک شب مهآلود در سال ۱۹۳۳، تاجری به نام پرسی شاو در حال رانندگی از کافه ای در یورکشایر انگلستان به خانه بود. جاده پر پیچ و خم بود و به سختی دیده میشد. ناگهان، دو نقطه درخشان از کنار جاده به سمت او چشمک زدند. پرسی محکم ترمز کرد. نقاط درخشان متعلق به یک گربه بودند (چشم گربهها) و احتمالاً جان او را نجات دادند. اگر به رانندگی ادامه میداد، میتوانست مستقیماً از جاده خارج شود.
آنجا بود که پرسی لحظه کشف خود را تجربه کرد. چه میشد اگر جادهها میتوانستند مانند چشمان گربهها به رانندگان “چشمک بزنند”؟ در عرض یک سال، او بازتابندههای Catseye® را اختراع کرد – همان گلمیخهایی که هنوز هم در جادهها میبینید. آنها چراغهای جلوی ماشین شما را به سمت شما برمیگردانند و به شما کمک میکنند تا در تاریکی ببینید به کجا میروید.
اما چرا چشمان گربهها اینگونه میدرخشند؟ مصریان باستان معتقد بودند که چشمان گربه پس از غروب خورشید، خورشید را در خود نگه میدارند و به آنها ظاهری براق در شب میدهند. دلیل واقعی کمتر از صد سال پیش، در سال ۱۹۲۹ کشف شد، و حتی بعدها دانشمندان فهمیدند که این ویژگی چگونه بر بینایی تأثیر میگذارد.
چرا چشم گربهها در تاریکی میدرخشد
همه چشمها (از جمله چشم شما) دارای شبکیه هستند. شبکیه یک لایه نازک در پشت چشم شماست که نور را جذب کرده و آن را به سیگنالهایی تبدیل میکند که مغز شما میتواند درک کند. آن را مانند یک صفحه شفاف و نورگیر در نظر بگیرید.
پشت شبکیه گربه یک لایه آینه مانند به نام پرده درخشان (tapetum lucidum) وجود دارد. انسانها این لایه را ندارند. وقتی نور وارد چشم انسان میشود و توسط شبکیه جذب نمیشود، استفاده نمیشود.
اما در چشم گربه، نوری که بدون جذب شدن از شبکیه عبور میکند، به پرده درخشان برخورد میکند که آن را از طریق شبکیه منعکس میکند. این به شبکیه فرصت دوبارهای برای گرفتن نور میدهد. درخششی که در شب در چشمان گربهها میبینید، در واقع نوری است که از پرده درخشان منعکس میشود.
عینک دید در شب داخلی
به لطف این ویژگی، گربهها حساسیت به نور بسیار بهتری نسبت به انسانها دارند، به این معنی که چشمان آنها حتی کوچکترین مقدار نور را نیز میتواند تشخیص دهد. آنها میتوانند در نور بسیار کم ببینند، به طوری که برای ما کاملاً سیاه به نظر میرسد – توانایی بسیار مفیدی برای حیواناتی که بیشتر شکار خود را در شب انجام میدهند.
گربهها تنها حیواناتی نیستند که دارای پرده شفاف هستند. گاوها، گوسفندان، بزها و اسبها آن را دارند، احتمالاً برای تشخیص شکارچیان در نور کم. ماهیها، دلفینها و نهنگها برای دیدن در آبهای تاریک و کدر به آن متکی هستند.
از سوی دیگر، سنجابها، خوکها و اکثر نخستیها – از جمله انسانها – آن را ندارند زیرا در طول روز فعال هستند و نیازی به دید در شب ندارند.
(جالب اینجاست که بیشتر سگها دارای لایه نازکی به نام پرده درخشان هستند، اما گاهی اوقات در سگهایی با چشم آبی و نژادهای کوچک اهلی وجود ندارد.)
فناوری جدید الهام گرفته از چشم گربهها
درست مانند کاری که پرسی شاو در دهه ۱۹۳۰ انجام داد، دانشمندان امروزی در حال الهام گرفتن از ایدههای چشم گربهها هستند.
دکتر یانگ مین سونگ، استاد مهندسی برق در موسسه پیشرفته علوم و فناوری کره، اخیراً دوربینی را با الهام از چشم گربهها طراحی کرده است.
سانگ به مجله Popular Science میگوید: “چشم گربهها مدتهاست که مرا مجذوب خود کرده است، به خصوص توانایی آنها در دیدن واضح در شرایط نوری بسیار وسیع – از نور روز روشن تا تاریکی نزدیک به آن.”
این لایه نازک بود که در ابتدا ایده طراحی دوربینی با یک لایه بازتابنده برای بهبود عکسها و فیلمهای گرفته شده در شرایط کم نور را به سونگ داد. او میگوید این “یک استراتژی زیبا و ساده اما قدرتمند برای افزایش حساسیت به نور بدون مصرف انرژی اضافی است.”
همانطور که سونگ انتظار داشت، دوربین به لطف بازتابنده مصنوعی الهام گرفته از لایه نازکی، حساسیت بیشتری را در شرایط کم نور نشان داد. سپس او تصمیم گرفت ویژگی دیگری اضافه کند: یک روزنه شکاف مانند که مردمک چشم گربه را که به صورت عمودی کشیده شده است، تقلید میکند.
چرا گربهها چشمان شکاف مانند دارند
در نور روز، مردمک چشم گربهها به صورت شکافهای عمودی نازکی فشرده میشود تا نور اضافی را مسدود کرده و از شبکیه حساس محافظت کند. شکل عمودی همچنین خطوط کلی اشیاء را تیزتر میکند و به گربهها کمک میکند تا فاصله را با دقت باورنکردنی تشخیص دهند – یک مهارت ضروری هنگام کمین کردن و شکار طعمه.
در حالی که سونگ انتظار داشت لایه بازتابنده الهام گرفته از گل لاله گربه به دوربین در شرایط کم نور کمک کند، از اینکه چگونه استفاده از چشمهای شکافدار گربه نیز به دوربین کمک میکند، شگفتزده شد.
او میگوید: “با این حال، چیزی که ما را بیشتر شگفتزده کرد این بود که دیافراگم الهام گرفته از مردمک عمودی چقدر مؤثر به شکستن استتار در صحنههای پیچیده کمک کرد.” به عبارت دیگر، در تشخیص اشیایی که معمولاً هنگام مشاهده از طریق دوربینهای سنتی در پسزمینه محو میشوند، عالی بود.
سونگ معتقد است که چشمهای گربه ممکن است الهامبخش نوآوریهای بیشتری باشند. “فراتر از دوربینها، اصول مشابهی را میتوان در بینایی رباتیک، سیستمهای خودران و حتی دستگاههای پوشیدنی یا نظارتی که باید در محیطهای روشن و تاریک به طور قابل اعتمادی کار کنند، اعمال کرد.”
میخهای جادهای پرسی شاو به نجات جانهای بیشماری کمک کردهاند. چه کسی میداند فناوری الهام گرفته از گربه در آینده چه کاری ممکن است انجام دهد؟