ทำไมตาแมวเรืองแสงในที่มืด

.

ในปี 1933
ในคืนที่หมอกลงจัด
นักธุรกิจชื่อ Percy Shaw
กำลังขับรถกลับบ้านจากผับ Pub
ในยอร์กเชียร์ ประเทศอังกฤษ
ถนนคดเคี้ยวและมองเห็นได้ยาก

ทันใดนั้น
จุดสว่างสองจุดก็วาบขึ้นมาจากข้างทาง
ทำให้ท่านต้องหยียบเบรกรถอย่างแรง

จุดเรืองแสงนั้นเป็นดวงตาของแมว
และมันอาจช่วยชีวิตท่านไว้
ถ้าท่านยังขับรถต่อไป
ท่านอาจจะตกถนนไปก็ได้

นั่นเป็นช่วงเวลา
ที่ท่านเกิดความคิดขึ้นมาว่า
ถ้าถนนสามารถ สะท้อนแสง
กลับมาให้คนขับได้เหมือนกับ
ดวงตาของแมวจะเป็นอย่างไร

ภายในหนึ่งปี
ท่านได้ประดิษฐ์แผ่นสะท้อนแสง
Catseye® ขึ้นมา ซึ่งเป็นหมุด
ที่ยังคงฝังอยู่ในถนนในปัจจุบัน
พวกมันจะสะท้อนแสงไฟหน้าของรถ
แสงที่สะท้อนกลับมาช่วยให้คนขับรถ
มองเห็นเส้นทางในที่มืดได้
.
.


ทำไมดวงตาของแมวถึงเรืองแสงได้

ชาวอียิปต์โบราณเชื่อว่า
ดวงตาของแมวจะกักเก็บแสง
แสงอาทิตย์หลังพระอาทิตย์ตก
ทำให้มันดูเรืองแสง
เป็นประกายในเวลากลางคืน

สาเหตุที่แท้จริงถูกค้นพบ
เมื่อไม่ถึงร้อยปีที่ผ่านมา ในปี 1929
และต่อมานักวิทยาศาสตร์
จึงเข้าใจว่าลักษณะนี้
ส่งผลต่อการมองเห็นอย่างไร

ทำไมดวงตาของแมวถึงเรืองแสงในที่มืด

ดวงตาทุกดวง รวมถึงดวงตาของคน
มีเรตินา เรตินาเป็นชั้นบาง ๆ
ที่อยู่ด้านหลังดวงตาของคน
ทำหน้าที่ดูดซับแสง
และเปลี่ยนเป็นสัญญาณ
ที่สมองของคนให้เข้าใจได้
ลองนึกภาพเหมือนหน้าจอ
ที่โปร่งใสที่รับแสงได้
.
.

แผนภาพเพื่อการศึกษาชื่อ
ดวงตาของมนุษย์
บนพื้นหลังสีฟ้าไล่ระดับ
มีภาพประกอบดวงตาของคนสองแบบ
แบบหนึ่งมองจากด้านข้าง
และอีกแบบมองจากด้านหน้า

เส้นนำสีขาวบาง ๆ
ชี้ไปยังส่วนต่างๆ ของดวงตา
ซึ่งมีป้ายกำกับด้วยตัวอักษรสีขาวมีสไตล์

เรตินา ชี้ไปยังส่วนหลังด้านในของดวงตา
(เน้นด้วยเส้นเลือดฝอยสีแดงบนสเคลา)

ม่านตา ชี้ไปยังวงแหวนสีฟ้า

กระจกตา ชี้ไปยังชั้นป้องกันด้านนอกสุด
ที่ใสอยู่ด้านหน้าของดวงตา

รูม่านตา ชี้ไปยังช่องเปิดสีดำ
ทรงกลมตรงกลางม่านตา

เลนส์ตา  ชี้ไปยังโครงสร้างเลนส์
ภายในด้านหลังรูม่านตา

ดวงตาถูกสร้างขึ้นด้วย
เอฟเฟกต์สามมิติที่มันวาว
โดยมีม่านตาสีฟ้าสดใส
และรายละเอียดเส้นเลือดฝอยสีแดง
ที่มองเห็นได้บนส่วนสีขาวของตาขาว

ดวงตาทุกดวงมีเรตินา
ซึ่งเป็นชั้นบางๆ ที่ด้านหลังของดวงตา
ทำหน้าที่ดูดซับแสงและเปลี่ยนเป็น
สัญญาณที่สมองสามารถเข้าใจได้
.
.

ด้านหลังเรตินาของแมว
มีชั้นคล้ายกระจกที่เรียกว่า
Tapetum lucidum ทาเปตัม ลูซิดัม
คนเราไม่มีชั้นตานี้
เมื่อแสงเข้าสู่ดวงตาของคนเรา
และไม่ถูกดูดซับโดยเรตินา
แสงนั้นจะไม่ถูกใช้

แต่ในดวงตาของแมว
แสงที่ผ่านเรตินาโดยไม่ถูกดูดซับ
จะกระทบกับทาเปตัม ลูซิดัม
ซึ่งจะสะท้อนแสงกลับเข้าไปในเรตินา
ทำให้เรตินามีโอกาสครั้งที่สอง
ในการจับแสง แสงเรือง ๆ
ที่คนเรามองเห็นในดวงตาของแมว
ในเวลากลางคืนนั้น
แท้จริงแล้วคือ แสงที่สะท้อน
จากชั้นทาเปตัม ลูซิดัม

นั่นคือ แว่นตาแมวสำหรับมองเห็น
ในเวลากลางคืนที่ติดตัวมาด้วย
ด้วยคุณสมบัติธรรมชาตินี้
ทำให้ตาแมวมีความไวต่อแสง
ดีกว่าดวงตาของคนเราอย่างมาก
นั่นหมายความว่า ดวงตาของแมว
สามารถรับแสงได้แม้เพียงเล็กน้อย
แมวสามารถมองเห็นในที่แสงสลัวมาก
จนดูเหมือนมืดสนิทสำหรับคนเรา
ซึ่งเป็นความสามารถที่มีประโยชน์มาก
สำหรับสัตว์ที่ออกล่าเหยื่อในเวลากลางคืน

แมวไม่ใช่สัตว์ชนิดเดียว
ที่มีชั้นทาเปตัม ลูซิดัม
วัว แกะ แพะ และม้า ก็มีเช่นกัน
อาจเพื่อใช้ในการมองหา
ตรวจตราผู้ล่าในที่แสงสลัว
ปลา ปลาโลมา และปลาวาฬ
อาศัยชั้นนี้ในการมองเห็นในน้ำมืดขุ่น

ในทางกลับกัน กระรอก หมู
และลิงส่วนใหญ่ รวมถึงคนเรา
ไม่มีชั้นทาเปตัม ลูซิดัม
เพราะออกหากินในเวลากลางวัน
และไม่ต้องการการมองเห็นในเวลากลางคืน

(ที่น่าสนใจคือ
สุนัขส่วนใหญ่มี tapetum lucidum
แต่บางครั้งอาจไม่มีใน
สุนัขที่มีตาสีฟ้าและสุนัขพันธุ์เล็กที่เลี้ยงไว้)
.
.

เทคโนโลยีใหม่จากดวงตาแมว

แรงบันดาลใจจากดวงตาของแมว
เช่นเดียวกับที่ Percy Shaw
ทำในทศวรรษ 1930
นักวิทยาศาสตร์ในยุคปัจจุบัน
กำลังยืมแนวคิดจากดวงตาของแมว

เมื่อเร็ว ๆ นี้
Young Min Song
ศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมไฟฟ้า
Korea Advanced Institute of Science and Technology
KAIST
ได้ออกแบบกล้องที่ได้รับแรงบันดาลใจ
จากดวงตาของแมว  มีในรายงานวิจัย
Feline eye
.

“ ดวงตาของแมว
ทำให้ผมหลงใหลมานานแล้ว
โดยเฉพาะอย่างยิ่งความสามารถ
ในการมองเห็นได้อย่างชัดเจน
ในสภาพแสงที่หลากหลายมาก
ตั้งแต่แสงแดดจ้า
ไปจนถึงความมืดเกือบสนิท ”

Tapetum lucidum เป็นสิ่งที่
ทำให้ท่านเกิดความคิด
ที่จะออกแบบกล้องที่มีชั้นสะท้อนแสง
เพื่อปรับปรุงภาพถ่ายและวิดีโอ
ที่ถ่ายในสภาพแสงน้อย

“ นี่คือ กลยุทธ์ที่เรียบง่าย
แต่ทรงพลังอย่างสวยงาม
สำหรับการเพิ่มความไวต่อแสง
โดยไม่ต้องใช้พลังงานเพิ่มเติม ”
Young Min Song กล่าวกับ Popular Science

อย่างที่ท่านคาดไว้
กล้องแสดงให้เห็นถึงความไวที่เพิ่มขึ้น
ในสภาพแสงน้อยด้วยตัวสะท้อนแสงเทียม
ที่ได้รับแรงบันดาลใจจาก
Tapetum lucidum จากดวงตาแมว

จากนั้นท่านจึงตัดสินใจ
เพิ่มคุณลักษณะอีกอย่างหนึ่ง
นั่นคือ ช่องเปิดรูปทรงคล้ายร่อง
ที่เลียนแบบรูม่านตาของแมว
ซึ่งมีลักษณะยาวในแนวตั้ง
.
.

ทำไมแมวถึงมีดวงตาเป็นรูปทรงร่อง

ในเวลากลางวันแสกๆ
รูม่านตาของแมวจะหดตัวลง
เป็นร่องแคบ ๆ  ในแนวตั้ง
เพื่อกันแสงส่วนเกิน
และปกป้องเรตินาที่ไวต่อแสง

รูปทรงแนวตั้งยังช่วยให้มองเห็น
ขอบของวัตถุได้ชัดเจนขึ้น
ช่วยให้แมวสามารถกะระยะ
ได้อย่างแม่นยำอย่างเหลือเชื่อ
ซึ่งเป็นทักษะที่จำเป็น
เมื่อต้องสะกดรอยและซุ่มโจมตีเหยื่อ

ในขณะที่ Young Min Song
คาดหวังว่าชั้นสะท้อนแสง
ที่ได้แรงบันดาลใจจาก
Tapetum lucidum ดวงตาของแมว
จะช่วยให้กล้องทำงานได้ดี
ในสภาพแสงน้อย

แต่ท่านก็ประหลาดใจยิ่งขึ้น
ที่การนำดวงตาที่มีลักษณะ
เป็นร่องแคบ ๆ ของแมว มาใช้
กลับช่วยให้กล้องทำงานได้ดียิ่งขึ้น

“ อย่างไรก็ตาม
สิ่งที่ทำให้เราประหลาดใจมากที่สุด
คือ ประสิทธิภาพของรูรับแสง
ที่ได้แรงบันดาลใจจากม่านตาแมวในแนวตั้ง
ที่ช่วยทำลายการพรางตัวในฉากที่ซับซ้อน
กล่าวอีกนัยหนึ่งคือ มันยอดเยี่ยมมาก
ในการตรวจจับวัตถุที่ปกติ
จะกลมกลืนไปกับพื้นหลัง
เมื่อมองผ่านกล้องแบบดั้งเดิม

ผมเชื่อว่าดวงตาของแมว
อาจเป็นแรงบันดาลใจ
ให้เกิดนวัตกรรมมากขึ้น

นอกเหนือจากกล้องแล้ว
หลักการที่คล้ายกันนี้
สามารถนำไปใช้กับระบบ
การมองเห็นของหุ่นยนต์ ระบบอัตโนมัติ
และแม้แต่อุปกรณ์สวมใส่
หรืออุปกรณ์เฝ้าระวัง
ที่ต้องทำงานได้อย่างน่าเชื่อถือ
ทั้งในสภาพแวดล้อมที่สว่างและมืด ”
Young Min Song กล่าวสรุป

หมุดตาแมวบนถนนของ Percy Shaw
ได้ช่วยชีวิตผู้คนนับไม่ถ้วน
ใครจะรู้ว่าเทคโนโลยี
ที่ได้รับแรงบันดาลใจ
จากดวงตาแมว
ในอนาคตจะทำอะไรได้บ้าง
.

เรียบเรียง/ที่มา

Popscience
.
.