Международная группа исследователей из Южной Кореи и США на основе зрительных органов крабов разработала новую систему искусственного зрения, которая способна действовать как в наземных, так и в водных средах. Об этом сообщает портал TechXplore. Перевод основных положений публикации представлен изданием discover24.ru.
Чтобы эффективно ориентироваться в реальных условиях, роботы обычно анализируют данные, полученные с помощью устройств обработки изображений, встроенных в их тело. Чтобы повысить производительность различных типов высокопроизводительных камер, датчиков и систем искусственного зрения, многие инженеры пытались разработать их, черпая вдохновение от зрительных органов животных, насекомых и рыб.
Тем не менее, большинство существующих датчиков и камер предназначены для работы либо на суше (т. е. в наземной среде), либо в воде. Систем искусственного зрения на основе биотехнологий, которые могут действовать в разных средах, по-прежнему очень мало.
Исследователи из Института фундаментальных наук (IBS), Сеульского национального университета, Научного института Кванджу в Южной Корее, а также Массачусетского технологического института (MIT) и Техасского университета в Остине в США разработали новую систему зрения, вдохновленную крабами, которая способна действовать как в наземной, так и в водной средах. Эта система-амфибия позволяет роботам получать панорамный 360-градусный обзор своего окружения, чтобы они могли обнаруживать препятствия и более эффективно ориентироваться в окружающей среде.
«Предыдущие работы (включая исследования нашей группы) по камерам с широким полем зрения всегда имели угол обзора менее 180°, что недостаточно для «полного» панорамного обзора, и они плохо подходили роботам для отслеживания изменений внешней среды», – отметил Янгмин Сонг, один из авторов нового исследования.
Система искусственного зрения, разработанная международной группой ученых, взяла за основу зрительные органы крабов семейства Ocypodidae. Этот амфибийный вид, также известный как краб-скрипач, способен получать полный панорамный обзор своего окружения, не двигая глазами и телом. Чтобы искусственно воспроизвести глаза краба-скрипача, Сонг и его коллеги использовали плоский объектив камеры.
«Если использовать обычную линзу с кривизной для получения изображения, ее фокусная точка меняется, когда линзу опускают в воду. Используя линзу с плоской поверхностью, можно видеть четкое изображение независимо от условий окружающей среды. У краба-скрипача, живущего в приливной зоне, точно такая же плоская поверхность линзы, и мы имитировали ее в своем устройстве», – пояснил Сонг.
Но помимо этого, для своей сложной системы искусственного зрения исследователи объединили массив плоских микролинз с градуированным показателем преломления и массив гибких кремниевых фотодиодов в форме гребня на сферической структуре. Используемые микролинзы могут сохранять свое фокусное расстояние независимо от изменения внешнего показателя преломления между воздухом и водой.
«Насколько нам известно, это первая демонстрация амфибийных и панорамных систем обзора во всем мире. Наша система технического зрения может проложить путь к всенаправленным камерам с углом обзора 360° с приложениями в виртуальной или дополненной реальности или всепогодному видению для автономных транспортных средств», – сказал Сонг.
Он и его коллеги протестировали свою систему в серии оптических симуляций и демонстраций изображений с учетом характеристик как наземной, так и водной среды. На данный момент они обнаружили, что прототип дает очень многообещающие результаты, поэтому вскоре его можно будет внедрить на нескольких различных гибридных и амфибийных роботах.
В ходе своих последующих работ исследовательская группа Сонга намерена достичь более высокого разрешения и лучших характеристик получаемого изображения.