I ricercatori del Gwangju Institute of Science and Technology in Corea hanno sviluppato, in un nuovo studio, un sistema di visione artificiale modellato sulla struttura dell'occhio di granchio violinista, che è adatto sia per ambienti terrestri che subacquei e fornisce una capacità di imaging panoramico. Credito:Prof. Young Min Song di GIST, Corea
I sistemi di visione artificiale trovano un'ampia gamma di applicazioni, tra cui auto a guida autonoma, rilevamento di oggetti, monitoraggio delle colture e telecamere intelligenti. Tale visione è spesso ispirata dalla visione degli organismi biologici. Ad esempio, la visione umana e degli insetti ha ispirato la visione artificiale terrestre, mentre gli occhi di pesce hanno portato alla visione artificiale acquatica. Sebbene i progressi siano notevoli, le attuali visioni artificiali soffrono di alcune limitazioni:non sono adatte per l'imaging di ambienti sia terrestri che subacquei e sono limitate a un campo visivo (FOV) emisferico (180°).
Per superare questi problemi, un gruppo di ricercatori coreani e statunitensi, tra cui il professor Young Min Song del Gwangju Institute of Science and Technology in Corea, hanno ora progettato un nuovo sistema di visione artificiale con una capacità di imaging omnidirezionale, che può funzionare sia in acqua che in acqua. ambienti terrestri. Il loro studio è stato reso disponibile online il 12 luglio 2022 e pubblicato su Nature Electronics l'11 luglio 2022.
"La ricerca sulla visione bio-ispirata spesso si traduce in un nuovo sviluppo che non esisteva prima. Questo, a sua volta, consente una comprensione più profonda della natura e garantisce che il dispositivo di imaging sviluppato sia strutturalmente e funzionalmente efficace", afferma il prof. Song, spiegando la sua motivazione dietro lo studio.
L'ispirazione per il sistema è venuta dal granchio violinista (Uca arcuata), una specie di granchio semiterrestre con capacità di imaging anfibio e un campo visivo di 360°. Queste straordinarie caratteristiche derivano dal peduncolo ellissoidale degli occhi composti del granchio violinista, che consente l'imaging panoramico e dalle cornee piatte con un profilo dell'indice di rifrazione graduale, che consente l'imaging anfibio.
Di conseguenza, i ricercatori hanno sviluppato un sistema di visione costituito da una serie di micro-lenti piatte con un profilo di indice di rifrazione graduato che è stata integrata in una matrice flessibile di fotodiodi al silicio a forma di pettine e quindi montata su una struttura sferica. L'indice di rifrazione graduato e la superficie piatta della microlente sono stati ottimizzati per compensare gli effetti di sfocatura dovuti ai cambiamenti nell'ambiente esterno. In parole povere, i raggi di luce che viaggiano in mezzi diversi (corrispondenti a diversi indici di rifrazione) sono stati fatti mettere a fuoco nello stesso punto.
Per testare le capacità del loro sistema, il team ha eseguito simulazioni ottiche e dimostrazioni di imaging in aria e in acqua. L'imaging anfibio è stato eseguito immergendo il dispositivo a metà in acqua. Con loro grande gioia, le immagini prodotte dal sistema erano chiare e prive di distorsioni. Il team ha inoltre dimostrato che il sistema aveva un campo visivo panoramico, 300 o orizzontalmente e 160 o verticalmente, sia in aria che in acqua. Inoltre, la montatura sferica aveva un diametro di soli 2 cm, rendendo il sistema compatto e portatile.
"Il nostro sistema di visione potrebbe aprire la strada a telecamere omnidirezionali a 360° con applicazioni in realtà virtuale o aumentata o una visione per tutte le stagioni per veicoli autonomi", ipotizza entusiasta il prof. Song. + Esplora ulteriormente
