Чтобы эффективно ориентироваться в реальных условиях, роботы обычно анализируют изображения, полученные с помощью устройств обработки изображений. Таким образом, чтобы повысить производительность роботов, инженеры пытались разработать различные типы высокопроизводительных камер, датчиков и систем искусственного зрения.
Многие системы искусственного зрения, разработанные до сих пор, черпают вдохновение из глаз людей, животных, насекомых и рыб. Эти системы имеют различные функции и характеристики в зависимости от среды, в которой они предназначены для работы.
Большинство существующих датчиков и камер предназначены для работы либо на земле (т. е. в наземной среде), либо в воде (т. е. в водной среде ). С другой стороны, систем искусственного зрения на основе биотехнологий, которые могут работать как в наземной, так и в водной среде, по-прежнему мало.
Исследователи из Института фундаментальных наук (IBS), Сеульского национального университета, Научного института Кванджу, Массачусетского технологического института (MIT) и Техасского университета в Остине недавно создали новую систему зрения, вдохновленную крабами, которая может работать. как на земле, так и в воде. Эта система-амфибия, представленная в статье, опубликованной в журнале Nature Electronics, 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) с камерами с широким полем зрения (FoV) всегда имели угол менее 180°, что недостаточно для «полного» панорамного обзора, и они не подходили для изменения внешней среды», — сказал Янг. Об этом Tech Xplore рассказал Мин Сонг, один из исследователей, проводивших исследование . «Мы хотели разработать камеру с углом обзора 360°, которая может снимать как в воздухе, так и в воде».
Система искусственного зрения, разработанная этой группой исследователей, черпает вдохновение из глаз крабов-скрипачей. Этот уникальный вид, также известный как призывающий краб, может получить полный панорамный обзор своего окружения, не двигая глазами и телом. Чтобы искусственно воспроизвести глаза краба-скрипача, Мин и его коллеги использовали плоский объектив камеры.
«Если вы используете обычную линзу с кривизной для получения изображения, ее фокусная точка меняется, когда вы опускаете линзу в воду», — объяснил Сонг. «С другой стороны, если вы используете линзу с плоской поверхностью, вы можете видеть четкое изображение независимо от условий окружающей среды. У краба-скрипача, живущего в приливной зоне, такая плоская поверхность линзы, и мы просто имитировали линзу этого краба».
Чтобы создать свою сложную систему зрения, исследователи объединили массив плоских микролинз с градуированным показателем преломления и массив гибких кремниевых фотодиодов в форме гребня на сферической структуре. Используемые ими 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», — сказал Сонг. «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».
Сонг 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 она дает очень многообещающие результаты, поэтому вскоре можно будет протестировать и внедрить на нескольких различных гибридных и амфибийных роботах.
«В наших следующих исследованиях мы будем проводить дополнительные инженерные работы, чтобы достичь более высокого разрешения и превосходных характеристик изображения», — добавил Сонг. «Кроме того, мы по-прежнему заинтересованы в разработке камеры нового типа с уникальными характеристиками изображения, вдохновленными глазами других животных».
Дополнительная информация: Минчеол Ли и др. Амфибийная система искусственного зрения с панорамным полем зрения, Nature Electronics (2022). DOI: 10.1038/s41928-022-00789-9
Будьте в курсе в удобном формате, присоединяйтесь: TG-канал и ВК
Бесплатная служба распространения новостей для научных организаций и стартапов
hello@technovery.com