V oblasti robotického vidění nastal významný průlom. Tým vědců z Hongkongské univerzity vědy a technologie (HKUST) vyvinul inovativní systém umělého složeného oka, který slibuje revoluci v tom, jak roboti vnímají a interagují se světem kolem sebe.
Tento nový systém, inspirovaný složitou strukturou hmyzích očí, přináší dvojí výhodu: je cenově dostupnější a zároveň až dvojnásobně citlivější než současné produkty na trhu, zejména při snímání malých oblastí. To otevírá dveře k výraznému zlepšení schopností robotů v oblasti navigace, vnímání a rozhodování, což by mohlo vést k rozšíření jejich komerčního využití a prohloubení spolupráce mezi člověkem a technologiemi.
Užitek od zavlažování po hledání přeživších…
Potenciál tohoto systému sahá daleko za hranice laboratoří. Představte si drony vybavené tímto umělým okem, které s nebývalou přesností a efektivitou provádějí závlahu polí nebo pátrají po přeživších v troskách po přírodní katastrofě. Díky vysoké citlivosti systému se také otevírají nové možnosti pro těsnější spolupráci mezi roboty a dalšími propojenými zařízeními.
Z dlouhodobého hlediska by tento průlom mohl významně přispět ke zvýšení bezpečnosti autonomních vozidel a urychlit implementaci inteligentních dopravních systémů. To by v důsledku mohlo být klíčovým krokem k realizaci konceptu chytrých měst, kde technologie a urbanismus jdou ruku v ruce pro zlepšení kvality života obyvatel.
Za touto novinkou stojí tým vedený profesorem FAN Zhiyongem, předsedou Katedry elektronického a počítačového inženýrství a Katedry chemického a biologického inženýrství na HKUST. Jeho práce představuje významný posun v oblasti biomimetických vizuálních systémů, tedy systémů, které napodobují vizuální schopnosti živých organismů.
Obrázek 1 – DALL-E 3: Kombinace technologií s urbanismem
Klikatá cesta k úspěchu nebyla nikdy jednoduchá
Avšak cesta k tomuto úspěchu nebyla přímočará. Odborníci na robotiku dlouho usilovali o napodobení vizuálních schopností hmyzu, které vynikají širokým zorným polem a pokročilými schopnostmi sledování pohybu. Integrace těchto složených očních systémů do autonomních platforem, jako jsou roboti nebo drony, však narážela na řadu překážek. Mezi hlavní výzvy patřila komplexnost systémů, jejich stabilita při deformaci, geometrická omezení a potenciální nesoulad mezi optickými a detekčními komponenty.
Tým profesora Fana se s těmito výzvami vypořádal vyvinutím systému „pinhole compound vision“ (otvorové složené vidění), který využívá inovativní materiály a struktury. Klíčovými prvky tohoto systému jsou:
- Hemisférický perovskitový nanodrátkový zobrazovač s vysokou hustotou pixelů, který rozšiřuje zorné pole.
- 3D tištěné čočkové pole s přizpůsobitelným uspořádáním, které reguluje dopadající světlo a eliminuje slepé oblasti mezi sousedními omatidiemi (jednotlivými jednotkami v oku hmyzu).
Optické jednotky, v kontextu složeného oka, jsou malé, samostatné segmenty, které tvoří složené oko hmyzu. Každá tato jednotka, nazývaná omatidium, funguje jako malý nezávislý „mikroočičko“, které zaznamenává světlo z určitého úhlu. Společně všechna omatidia vytvářejí komplexní obraz, který má velmi široké zorné pole a je citlivý na pohyb.
V případě umělého složeného oka jsou tyto optické jednotky inspirovány právě těmito omatidiemi, přičemž každá jednotka v technologickém systému má svou specifickou funkci pro zachytávání a zpracování světla.
Jednoduchost, lehkost a cenová dostupnost
Výsledkem je systém, který vyniká dobrou úhlovou selektivitou, širokým zorným polem a schopností dynamického sledování pohybu. To umožňuje nejen přesnou lokalizaci cílů, ale i sledování pohybujících se objektů, jak bylo demonstrováno při instalaci systému na dron sledující čtyřnohého robota.
„Náš design složeného oka je jednoduchý, lehký a cenově dostupný,“ vysvětluje profesor Fan. „I když zcela nenahradí tradiční kamery, může být obrovským přínosem v určitých robotických aplikacích, například v rojích dronů létajících v těsné formaci.“ Profesor Fan dále naznačuje budoucí směr vývoje: „Další miniaturizací zařízení a zvýšením počtu omatidií, rozlišení obrazu a rychlosti odezvy může tento typ zařízení najít široké uplatnění v optoelektronice a robotice.“
Obrázek 2 – DALL-E 3: Moucha na horské orchideji
Průkopnický výzkum s velkým potenciálem
Tento průlom není pro profesora Fana, uznávaného odborníka v oblasti biomimetické optoelektroniky, prvním úspěchem. Jeho tým již v roce 2020 vyvinul první sférické umělé oko se 3D sítnicí na světě. Fanův přístup kombinující praktičnost s odvážnou vizí neustále posouvá hranice inovativního výzkumu.
Význam tohoto výzkumu potvrzuje i fakt, že byl publikován jako titulní článek v prestižním mezinárodním časopise Science Robotics. Na studii se podíleli Dr. ZHOU Yu a Dr. SUN Zhibo jako postdoktorandi a DING Yucheng jako doktorand, přičemž profesor Fan figuruje jako hlavní autor.
Tato práce představuje významný krok vpřed v našem úsilí o vytvoření robotů s lepším vnímáním okolního světa. S pokračujícím vývojem v této oblasti můžeme očekávat, že roboti budou hrát stále významnější roli v našich životech, od každodenních úkolů až po řešení globálních výzev.
Shrnutí
- Výzkumníci z HKUST vyvinuli cenově dostupný systém umělého složeného oka s dvojnásobnou citlivostí oproti současným produktům.
- Systém napodobuje vizuální schopnosti hmyzu, což zlepšuje navigaci a rozhodování robotů, zejména dronů.
- Nové materiály a struktury umožňují přesné sledování pohybu a eliminaci slepých míst mezi optickými jednotkami.
- Tato technologie přináší revoluci v robotickém vidění, s potenciálním využitím v autonomním řízení a inteligentních dopravních systémech.
Zdroj:
- ScienceDaily. (2024h, August 8). Artificial compound eye to revolutionize robotic vision at lower cost but higher sensitivity. ScienceDaily. https://www.sciencedaily.com/releases/2024/08/240808115243.htm#google_vignette
