У каракатиц удивительные глаза, поэтому роботостроители копируют их

Камеры, созданные на основе глаз каракатицы, могут помочь роботам и автомобилям лучше видеть.

Отредактировано 2023-25-06
каракатица в темнотеКаракатицы - умные существа с холодными глазами.

Каракатицы - умные, хитрые существа, которые давно очаровывают ученых. Они мастера маскировки, творчески подходят к решению проблем и носят свои чувства на коже. Ко всему прочему, у них классные глаза и невероятное зрение. Благодаря w-образному зрачку, изогнутой сетчатке и особому расположению клеток, реагирующих на свет, у них потрясающее 3D-зрение, отличное восприятие контраста и острая чувствительность к поляризованному свету. Такая система зрения позволяет этим существам охотиться в подводной среде, где освещение часто бывает неравномерным или менее оптимальным. Международная команда робототехников, желающих создать машины, способные видеть и ориентироваться в таких же условиях, обратилась к природе за вдохновением для создания искусственного зрения.

В новом исследовании, опубликованном на этой неделе в журнале Science Robotics, команда создала искусственный орган зрения, вдохновленный глазами каракатицы. Это может помочь роботам, самоуправляемым автомобилям и беспилотникам будущего лучше видеть мир.

"Водные и земноводные животные эволюционировали, чтобы иметь глаза, оптимизированные для их среды обитания, и это вдохновило различные искусственные системы зрения", - пишут исследователи в своей работе. Например, системы формирования изображений были смоделированы на основе глаз рыб с панорамным обзором, широкоспектрального зрения креветок-богомолов и 360-градусного обзора глаз краба-стригуна.

Поскольку у каракатицы фоторецепторы (нервные клетки, воспринимающие свет и превращающие его в электрические сигналы) расположены в области, напоминающей пояс, и имеют определенную конфигурацию, она хорошо распознает приближающиеся объекты. Эта особенность также позволяет им отфильтровывать поляризованный свет, отражающийся от интересующих их объектов, для получения высокого визуального контраста.

Между тем, система визуализации, созданная командой, имитирует уникальные структурные и функциональные особенности глаза каракатицы. Она содержит w-образный зрачок, который прикреплен снаружи к шаровидной линзе с диафрагмой посередине. Форма зрачка предназначена для уменьшения отвлекающего света не в поле зрения и балансировки уровней яркости. Это устройство также содержит гибкий поляризатор на поверхности и цилиндрический массив кремниевых фотодиодов, способных преобразовывать фотоны в электрический ток. В датчиках изображения такого типа обычно один фотодиод приходится на один пиксель.

"Интегрируя эти оптические и электронные компоненты, мы разработали систему искусственного зрения, которая может сбалансировать неравномерное распределение света, достигая при этом высокой контрастности и остроты зрения", - пишут исследователи.

В небольшой серии тестов камера, вдохновленная каракатицей, смогла уловить детали на фотографии лучше, чем обычная камера, и довольно точно передать очертания сложных объектов, таких как рыба, даже если свет на нее падал резко или под углом.

Команда отмечает, что этот подход перспективен для уменьшения слепых зон, с которыми сталкивается большинство современных камер на автомобилях и ботах, хотя они признают, что некоторые материалы, использованные в их прототипе, могут быть сложны для изготовления на промышленном уровне. Кроме того, они отмечают, что "еще есть возможности для дальнейшего улучшения отслеживания объектов вне поля зрения путем внедрения механических систем движения, таких как биологические движения глаз".