Mắt robot bắt chước đồng tử, thích ứng điều kiện ánh sáng thay đổi đột ngột

Robot, ô tô tự lái và máy bay không người lái thường gặp khó khăn với ánh sáng động. Nếu một chiếc xe đi vào đường hầm tối, khẩu độ camera của nó cần phải mở rộng để thu đủ ánh sáng để nhìn thấy, giống như đồng tử của chúng ta khi đèn tắt. Nhưng khi ra khỏi đường hầm và ra ánh sáng ban ngày, nó có thể bị chói mắt ngay lập tức.

Các nhà khoa học tại Đại học Bắc Carolina tại Chapel Hill (Hoa Kỳ) vừa công bố mô tả cách họ tạo ra một hệ thống thị giác cho robot lấy cảm hứng từ sinh học, không chỉ bắt chước cách mắt nhìn mà còn thích ứng với điều kiện ánh sáng. Công nghệ này được thiết kế để thu hẹp khoảng cách giữa cách một camera tiêu chuẩn nhìn và cách các sinh vật sống nhìn nhận môi trường xung quanh.

Hiện nay, tuy camera có thể rất xuất sắc trong việc chụp ảnh độ phân giải cao, nhưng trong môi trường động thì chúng thiếu tính linh hoạt để thích ứng. Để giải quyết vấn đề này, các nhà khoa học trước tiên đã tạo ra một mảng cong hình bán cầu bắt chước hình dạng của nhãn cầu sinh học. Điều này rất khác so với các máy ảnh tiêu chuẩn, thường có cảm biến phẳng. Mảng cong có trường nhìn siêu rộng giúp giảm thiểu sự biến dạng không gian, cho phép hệ thống nhìn thấy nhiều hơn môi trường xung quanh cùng một lúc. Do được làm từ vật liệu nhạy sáng nên mảng cong cũng có thể phát hiện các bước sóng từ tia cực tím đến tia hồng ngoại.

Nhóm nghiên cứu cũng mô phỏng hệ thống giao tiếp của mắt người. Khi một con mắt sống nhìn thấy thứ gì đó, nó sẽ gửi các xung thần kinh đến não. Để tái tạo điều này, các nhà nghiên cứu đã sử dụng một kim loại lỏng bên trong một kênh nhỏ chứa đầy dung dịch giống như nước muối.

Khi ánh sáng chiếu vào các cảm biến, nó tạo ra một dòng điện làm chuyển động kim loại lỏng. Mỗi khi nó chạm vào một điện cực, nó sẽ hoàn thành một mạch điện và gửi một xung điện đến đồng tử nhân tạo (một thành phần kim loại lỏng riêng biệt thứ hai), báo hiệu cho nó điều chỉnh kích thước để đáp ứng với ánh sáng. Ánh sáng càng mạnh, các xung điện này càng xuất hiện thường xuyên hơn, khiến kim loại lỏng lan rộng và che phủ nhiều hơn khẩu độ. Trong điều kiện ánh sáng yếu, các xung điện chậm lại và kim loại co lại để cho nhiều ánh sáng đi vào hơn. Và bởi vì kim loại ở dạng lỏng, đồng tử có thể có nhiều hình dạng khác nhau, chẳng hạn như khe dọc cho mắt giống mèo.

Trong các thử nghiệm, mắt kim loại lỏng cho thấy sự cải thiện đáng kể về khả năng "nhìn" của máy móc trong điều kiện ánh sáng mạnh. Khi đồng tử nhân tạo được cố định kích thước, nó đạt được độ chính xác nhận dạng hình ảnh là 68,38% trong điều kiện ánh sáng quá mức. Nhưng khi bật chế độ đồng tử thích ứng, con số đó đã tăng lên 83,56%. Theo đó, các nhà khoa học khẳng định kết quả nghiên cứu không chỉ nâng cao hiệu suất thị giác của hệ thống thị giác nhân tạo mà còn tăng cường khả năng thích ứng của chúng trong môi trường năng động.

Bước tiếp theo, nhóm nghiên cứu dự định thiết kế cho hệ thống nhỏ hơn và dễ tích hợp hơn, đồng thời khám phá các thiết kế đồng tử phức tạp hơn.

Hoàng Kim - Theo https://techxplore.com/