Các nhà nghiên cứu phát triển hệ thống thị giác nhân tạo lưỡng cư

Hệ thống thị giác nhân tạo được sử dụng trong nhiều ngành cho nhiều ứng dụng, chẳng hạn như xe tự hành, phát hiện đối tượng và máy ảnh thông minh. Các hệ thống này thường lấy cảm hứng từ các sinh vật, nhưng tầm nhìn nhân tạo hiện tại gặp phải một số hạn chế. Thứ nhất, chúng thường không phù hợp để chụp ảnh cả môi trường trên cạn và dưới nước. Chúng cũng thường bị giới hạn trong trường nhìn bán cầu (FOV). 

Hệ thống thị giác nhân tạo mới lạ

Một nhóm các nhà nghiên cứu từ Hàn Quốc và Hoa Kỳ đã bắt đầu khắc phục những hạn chế này bằng cách thiết kế một hệ thống thị giác nhân tạo mới với khả năng chụp ảnh đa hướng, hoạt động trong cả môi trường dưới nước và trên cạn. 

Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Tự nhiên Điện tử. 

Giáo sư Young Min Song từ Viện Khoa học và Công nghệ Gwangju ở Hàn Quốc đã tham gia vào công việc này. 

“Nghiên cứu về tầm nhìn lấy cảm hứng từ sinh học thường dẫn đến một sự phát triển mới lạ chưa từng tồn tại trước đây. Đổi lại, điều này cho phép hiểu sâu hơn về tự nhiên và đảm bảo rằng thiết bị hình ảnh được phát triển có hiệu quả cả về cấu trúc và chức năng,” Giáo sư Song nói. 

Lấy cảm hứng từ thiên nhiên

Nhóm đã lấy cảm hứng từ loài cua cáy, một loài cua sống trên cạn có khả năng chụp ảnh lưỡng cư và FOV 360 độ. Cua có những đặc điểm này nhờ vào cuống mắt hình elip của mắt kép, cho phép chụp ảnh toàn cảnh. Nó cũng có giác mạc phẳng với cấu hình chiết suất được phân loại, cho phép chụp ảnh lưỡng cư. 

Các nhà nghiên cứu đã phát triển một hệ thống thị giác với một dãy vi thấu kính phẳng có cấu hình chiết suất được phân loại, được tích hợp vào một dãy đi-ốt quang silicon dẻo. Sau đó nó được gắn vào một cấu trúc hình cầu. 

Chỉ số khúc xạ được phân loại và bề mặt phẳng của thấu kính siêu nhỏ được tối ưu hóa để giúp bù lại các hiệu ứng làm mờ do thay đổi của môi trường bên ngoài. Tất cả điều này nghe có vẻ phức tạp và khó hiểu, nhưng nhóm nghiên cứu cho biết nó có thể được coi là làm cho các tia sáng truyền trong các môi trường khác nhau hội tụ tại cùng một điểm. 

Kiểm tra hệ thống

Sau đó, nhóm bắt đầu kiểm tra khả năng của hệ thống. Họ đã thực hiện các mô phỏng quang học và trình diễn hình ảnh trong không khí và nước, đồng thời việc chụp ảnh khi lội nước được thực hiện bằng cách nhúng thiết bị vào nửa chừng trong nước. Hình ảnh do hệ thống tạo ra rất rõ ràng và nhóm có thể chứng minh rằng hệ thống này có trường nhìn toàn cảnh 300 độ theo chiều ngang và 160 độ theo chiều dọc ở cả trên không và dưới nước. Giá treo hình cầu có đường kính chỉ 2 cm, giúp làm cho hệ thống trở nên nhỏ gọn và di động. 

Giáo sư Song cho biết: “Hệ thống tầm nhìn của chúng tôi có thể mở đường cho camera đa hướng 360° với các ứng dụng trong thực tế ảo hoặc thực tế tăng cường hoặc tầm nhìn mọi thời tiết cho xe tự hành.