Inspirowany krabami syntetyczny system wizyjny do środowisk lądowych i wodnych

Aby sprawnie nawigować w rzeczywistych środowiskach, roboty zazwyczaj analizują obrazy zebrane przez urządzenia obrazujące osadzone w ich ciałach. Aby zwiększyć wydajność robotów, inżynierowie starają się opracować różne typy wysokowydajnych kamer, czujników i systemów sztucznego widzenia.

bardzo sztuczne Wizja Opracowane do tej pory systemy inspirowane są oczami ludzi, zwierząt, owadów i ryb. Systemy te mają różne cechy i właściwości, w zależności od środowisko w którym jest przeznaczony do pracy.

Większość istniejących czujników i kamer jest zaprojektowana do pracy na ziemi (tj. w środowiskach naziemnych) lub w Woda (na przykład w środowiska wodne). Z drugiej strony, inspirowane biologicznie sztuczne systemy wizyjne, które mogą działać zarówno w środowiskach naziemnych, jak i wodnych, wciąż są rzadkością.

Naukowcy z Institute of Basic Science (IBS), Seoul National University, Gwangju Institute of Science, Massachusetts Institute of Technology (MIT) and Technology oraz University of Texas w Austin opracowali nowy system wizyjny inspirowany homarami, który może obsługiwać oba na lądzie i w wodzie. Ten system ziemnowodny został przedstawiony w pracy opublikowanej w elektronika przyrodyPozwala robotom uzyskać panoramiczny widok otoczenia w zakresie 360 ​​stopni, dzięki czemu mogą wykrywać przeszkody i skuteczniej nawigować w otoczeniu.

„Poprzednie prace (w tym badania naszej grupy) nad kamerami o szerokim polu widzenia (FoV) były zawsze poniżej 180 stopni, co nie wystarczało do uzyskania „pełnego” widoku panoramicznego i nie było odpowiednie do zmieniających się warunków zewnętrznych” – powiedział Young Min-sung. , jeden z badaczy, który przeprowadził badanie Eksploracja technologii. „Chcieliśmy opracować kamerę stałopozycyjną 360 stopni, która mogłaby robić zdjęcia w powietrzu i wodzie”.

System sztucznego widzenia opracowany przez ten zespół naukowców czerpie inspirację z oczu kraba skrzypka. Ten wyjątkowy gatunek, znany również jako homar, może uzyskać pełny panoramiczny widok na otoczenie bez konieczności poruszania oczami i ciałem. Aby sztucznie odtworzyć oczy rozpromienionego kraba, Min i współpracownicy użyli płaskiego wizjera.

„Jeśli do fotografowania używasz konwencjonalnego obiektywu z krzywizną, jego punkt ostrości zmienia się po zanurzeniu obiektywu w wodzie” – wyjaśnił Song. „Z drugiej strony, jeśli użyjesz obiektywu o płaskiej powierzchni, możesz zobaczyć wyraźny obraz niezależnie od warunków otoczenia. Krab pływowy, który żyje w strefie międzypływowej, ma tego rodzaju Płaska powierzchnia z jej soczewki i właśnie naśladowaliśmy soczewkę oka tego kraba”.

Aby stworzyć zaawansowany system wizyjny, naukowcy połączyli zestaw płaskich mikrosoczewek ze stopniowanym współczynnik załamania światła Szereg elastycznych diod silikonowych w kształcie grzebienia na kulistej strukturze. Zastosowane cienkie soczewki mogły utrzymać ogniskową niezależnie od zmian zewnętrznego współczynnika załamania światła między powietrzem a wodą.

„Według naszej wiedzy po raz pierwszy na całym świecie zademonstrowaliśmy amfibie i panoramiczne systemy wizyjne” – powiedział Song. „Nasz system wizyjny może utorować drogę dla kamer dookólnych 360 stopni z aplikacjami w rzeczywistości wirtualnej, rzeczywistości rozszerzonej lub wizji w każdych warunkach pogodowych dla pojazdów autonomicznych”.

Song i współpracownicy przetestowali swój system w serii symulacji optycznych i demonstracji obrazowania, biorąc pod uwagę charakterystykę środowisk zarówno lądowych, jak i wodnych. Jak dotąd naukowcy odkryli, że przyniosła ona bardzo obiecujące wyniki, a zatem może wkrótce zostać przetestowana i wdrożona w wielu różnych robotach hybrydowych i amfibii.

„W naszych nadchodzących badaniach będziemy prowadzić dalsze prace inżynieryjne, aby osiągnąć wyższą rozdzielczość i doskonałą wydajność obrazowania” – dodał Song. „Ponadto nadal jesteśmy zainteresowani opracowaniem nowego typu pilnika Aparat fotograficzny Z unikalnymi funkcjami obrazowania inspirowanymi oczami innych zwierząt. ”

© 2022 Nauka X Sieć