Нова технология, вдъхновена от природата, подобрява безопасността и точността.

Изследователи от Факултета по инженерни и приложни науки на Университета на Вирджиния са разработили иновативни изкуствени очи, които могат да преодолеят настоящите ограничения в системите за машинно визуално възприятие. Работата им се основава на изследвания на зрителната система на богомолките – насекоми с уникална способност за бинокулярно зрение.

Биомиметична система, базирана на очите на богомолката

Традиционните системи за визуално възприятие за безпилотни превозни средства и дронове се сблъскват с проблеми при обработката на статични или бавно движещи се обекти в триизмерното пространство. Това напомня на визуалната система на много насекоми с комплексни очи, които имат много добра способност за проследяване на движението, но са слаби в дълбочинното възприятие. Изключение правят богомолките, при които зрителното поле се припокрива между лявото и дясното око, създавайки бинокулярно зрение и дълбочинно възприятие.

Вдъхновени от този феномен, учените са разработили изкуствени съставни очи, които съчетават оптоелектронно инженерство с иновативната „edge“ компютърна технология. Този подход позволява обработката на данни директно в сензорите или в близост до тях, което значително намалява времето за обработка и изискванията за изчислителна мощност.

Пробив в сферата на сензорните технологии

„След като проучихме как работят очите на богомолката, осъзнахме, че е необходимо да разработим нови технологии, за да създадем биомиметична система, която да възпроизвежда биологичните им способности“, казва Бюнджун Бае, докторант в катедрата по електротехника и компютърно инженерство.

Екипът използва микроленти и множество фотодиоди, които генерират електрически ток при излагане на светлина, както и гъвкави полупроводникови материали, за да имитира изпъкналите форми и разположението на фасетите в очите на богомолката.

„Създаването на сензор с полусферична геометрия, като същевременно се запазва неговата функционалност, е авангардно постижение, което осигурява широк зрителен ъгъл и превъзходно възприемане на дълбочината“, добавя Бае.

Разработената система осигурява точно пространствено възприятие в реално време, което е особено важно за прилагането ѝ в динамични среди, като например безпилотни превозни средства, дронове, роботизирани монтажни линии, системи за наблюдение и сигурност и интелигентни домашни устройства.

Ефективност и икономии на ресурсите

Едно от важните открития на екипа е намаляването на консумацията на енергия с повече от 400 пъти в сравнение с традиционните визуални системи. Системата е в състояние да обработва визуална информация в реално време, като на практика елиминира времето и ресурсите, изразходвани за прехвърляне на данни и външна обработка.

„Технологичният пробив в нашата работа се състои в интегрирането на гъвкави полупроводникови материали, конформни устройства, които запазват точните ъгли в устройството, компонент с памет в сензора и уникални алгоритми за последваща обработка“, обяснява Бае.

Сензорният масив непрекъснато следи промените в сцената, като открива променените пиксели и кодира тази информация в малки набори от данни за обработка.

Перспективи и по-нататъшни изследвания

Подходът, използван от учените, наподобява начина, по който насекомите възприемат света чрез визуални сигнали, което им позволява да правят разлика между движение и пространствени данни. Очите на богомолките използват ефекта на паралакса на движението и стереоскопичното зрение, за да възприемат околната среда. Тези принципи са в основата на новата система, която осигурява точно триизмерно възприятие в реално време.

„Нашата работа представлява значимо научно откритие, което може да вдъхнови други инженери и учени да разработят биомиметични решения за сложни задачи за визуална обработка“, казва професор Кюсан Лий, ментор на Бае и водещ изследовател в областта на тънкослойните полупроводници и интелигентните сензори.

Разработката на учените от Университета на Вирджиния открива нови възможности за прилагане на изкуствените очи в области, вариращи от безпилотни превозни средства до роботика и интелигентни системи за сигурност.