Вдъхновена от раците система за изкуствено зрение както за земна, така и за водна среда

Представителната камера на екипа с око на раци, потопена наполовина във водата за изображения от амфибия. Кредит: Лий и др.

За да навигират ефективно в реални среди, роботите обикновено анализират изображения, събрани от устройства за изображения, които са интегрирани в тялото им. За да подобрят производителността на роботите, инженерите се опитват да разработят различни видове високоефективни камери, сензори и системи за изкуствено зрение.

Много изкуствени визия разработените досега системи черпят вдъхновение от очите на хора, животни, насекоми и риби. Тези системи имат различни функции и характеристики, в зависимост от околен свят в които са проектирани да работят.

Повечето съществуващи сензори и камери са проектирани да работят или на земята (т.е. в земна среда), или в вода (т.е. в водни среди). Биологично вдъхновените системи за изкуствено зрение, които могат да работят както в земна, така и във водна среда, от друга страна, остават оскъдни.

Изследователи от Института за фундаментални науки (IBS), Националния университет в Сеул, Научния институт Gwangju, Масачузетския технологичен институт (MIT) и технологиите и Тексаския университет в Остин наскоро създадоха нова система за зрение, вдъхновена от раци, която може да работи както на земята, така и във водата. Тази амфибийна система, представена в статия, публикувана в Природна електроникапозволява на роботите да получат панорамен 360° изглед на заобикалящата ги среда, така че да могат да откриват препятствия и да навигират по-ефективно в средата.

„Предишните разработки (включително изследванията на нашата група) върху камери с широко поле на видимост (FoV) винаги бяха на по-малко от 180°, което не е достатъчно за „пълното“ панорамно виждане и не бяха подходящи за променящи се външни среди,“ Йънг Мин Сонг, един от изследователите, провели изследването, каза Tech Xplore. „Искахме да разработим 360° FoV камера, която може да снима както във въздух, така и във вода.“

Вдъхновена от раците система за изкуствено зрение както за земна, така и за водна среда

Настройка на изображения за камерата с око на раци. Кредит: Лий и др.

Системата за изкуствено зрение, разработена от този екип от изследователи, черпи вдъхновение от очите на раците цигулари. Този уникален вид, известен още като викащи раци, може да получи пълен панорамен изглед на заобикалящата ги среда, без да се налага да движи очите и тялото си. За да възпроизведат изкуствено очите на рака цигулар, Мин и колегите му използваха плосък обектив на камерата.

„Ако използвате конвенционална леща с кривина за изображения, нейната фокусна точка се променя, когато потопите лещата във водата“, обясни Сонг. „От друга страна, ако използвате леща с плоска повърхност, можете да видите ясно изображение независимо от условията на околната среда. Ракът цигулар, живеещ в приливния регион, има този вид плоска повърхност на неговия обектив и ние просто имитирахме този обектив с око на раци.”

За да създадат своята усъвършенствана система за зрение, изследователите интегрираха набор от плоски микролещи с градуирана индекс на пречупване и набор от гъвкави силициеви фотодиоди с форма на гребен върху сферична структура. Използваните от тях микролещи могат да запазят фокусното си разстояние независимо от промените във външния индекс на пречупване между въздух и вода.

„Доколкото ни е известно, това е първият път да демонстрираме амфибийни и панорамни системи за виждане в световен мащаб“, каза Сонг. „Нашата система за зрение може да проправи пътя за 360° всепосочни камери с приложения във виртуална или разширена реалност или визия за всякакви метеорологични условия за автономни превозни средства.“

Сонг и колегите му тестваха своята система в серия от оптични симулации и демонстрации на изображения, като взеха предвид характеристиките както на земната, така и на водната среда. Досега те откриха, че е постигнал многообещаващи резултати, така че скоро може да бъде тестван и приложен на няколко различни хибридни и амфибийни роботи.

„В нашите следващи проучвания ще проведем по-нататъшно инженерство, за да постигнем по-висока разделителна способност и превъзходно представяне на изображения“, добави Сонг. „В допълнение, ние все още се интересуваме от разработването на нов тип камера с уникални характеристики за изображения, вдъхновени от очите на други животни.”


Гледката с око на рака Fiddler вдъхновява изследователите да разработят ново изкуствено зрение


Повече информация:
Mincheol Lee et al, система за изкуствено зрение на амфибия с панорамно визуално поле, Природна електроника (2022). DOI: 10.1038/s41928-022-00789-9

© 2022 Science X Network

Цитат: Вдъхновена от раци система за изкуствено зрение както за земна, така и за водна среда (2022 г., 2 август), извлечена на 2 август 2022 г. от https://techxplore.com/news/2022-08-crab-inspired-artificial-vision-terrestrial-aquatic .html

Този документ е обект на авторско право. Освен всяко честно отношение за целите на частно проучване или изследване, никоя част не може да бъде възпроизвеждана без писмено разрешение. Съдържанието се предоставя само за информационни цели.