İnsanların ilk kez "makine gözleri" hakkında ciddi olarak düşündüğü yer bir laboratuvar değil, bilim kurgu eserleriydi.
Şimdi, gerçek bir "biyonik robotik göz", kağıtlardan gerçek bir prototipe taşındı: yumuşak malzemelerden yapılmış bir lens kullanıyor ve ışığı "enerji" olarak kullanıyor, bir karıncanın bacağındaki minik tüyleri mikroskobik ölçekte görebiliyor ve çözünürlük gücü insan gözünün fizyolojik sınırını aştı.
Bu, basit bir "kamera yükseltmesi" değil, optik ve malzemelerin birleşimi yoluyla "makinelerin dünyayı nasıl gördüğünün" yeniden inşasıdır.
I. Bu "Robotik Göz" Tam Olarak Nedir?
Bu çalışma, Amerika Birleşik Devletleri'ndeki üst düzey bir mühendislik üniversitesinden bir ekibe ait. Yarattıkları şey, kabuklu bir "elektronik göz küresi" değil, PHySL (foto duyarlı hidrojel yumuşak lens) olarak kısaltılan yepyeni bir yumuşak biyonik lens sistemi; bu, kelimenin tam anlamıyla "foto duyarlı hidrojel yumuşak lens" anlamına geliyor.
Temel yapısı şu şekilde ayrılabilir:
● Merkez: Temel görüntülemeyi tamamlamak için kullanılan esnek bir silikon polimer lens;
● Dış halka: Grafen/grafen oksit ile gömülü, bir daire yapay "kirpik kaslarına" eşdeğer foto duyarlı bir hidrojel halka;
● Genel: Tamamen yumuşak ve bükülebilir, sert lensler, motorlar veya vidalar olmadan.
Özü şurada yatıyor: Herhangi bir motor veya harici güç kaynağına güvenmiyor, ancak yakınlaştırmak için ışığı kullanıyor.
II. "Işık" ile Odaklamayı Nasıl Tamamlıyor?
Geleneksel kameralar veya insan gözleri, odaklanma için mekanik veya biyolojik "kaslara" güvenir.
Bu biyonik lens tamamen farklı bir yol izliyor: lensi kendi kendine "hareket ettirmek" için malzemelerin fototermal etkisini ve hacim değişimini kullanıyor.
Mantık çok açık:
1. Dış hidrojel grafen ile katkılanmıştır—grafen güçlü ışık emilimine sahiptir ve ışık enerjisini termal enerjiye dönüştürebilir.
2. Üzerine ışık düştüğünde, yerel sıcaklık yükselir—hidrojel sıcaklığa duyarlıdır ve ısıtıldığında tersine çevrilebilir bir genleşme veya büzülme yaşar.
3. Hidrojelin genleşmesi/büzülmesi lensi sıkar—bu, ortadaki silikon lens üzerinde mekanik etkiler uygulayan bir halka "ışıkla çalışan kaslara" eşdeğerdir.
4. Lensin eğriliği değişir ve odak uzaklığı buna göre değişir—eğrilik değiştikçe, ışığın birleşme şekli değişir ve odak noktası "kablosuz yakınlaştırma" elde etmek için ileri geri hareket eder.
Daha karmaşık bir sistemde, araştırmacılar bu yumuşak lensi bir hidrojel mikroakışkan ağa gömdüler ve aynı ışık demetini kullanarak aynı anda hem "görüntüleme + sıvı kanalı anahtarlamayı" kontrol ederek bir prototip "elektronsuz yumuşak kamera" oluşturdular.
Bu, belirli senaryolarda kameranın elektrik ve sert malzemelerden kurtulabileceği ve yalnızca ışık ve yumuşak malzemelerle tamamlanabileceği anlamına geliyor.
III. "Görüşü İnsan Gözünden Neden Üstün"?
Medya raporları çarpıcı bir ifade kullandı: "Bilim İnsanları İnsanlardan Daha İyi Gören Bir Robot Gözü Yarattı".
Bunu parçalara ayırdığımızda, temel olarak iki yön var:
1. Çözünürlük gücü insan gözünün fizyolojik sınırını aşıyor
İnsan gözünün fiziksel yapısı ve retinanın düzenlenmesi ile sınırlı olan çıplak gözün çözünürlük sınırı kabaca 100 mikrometre mertebesindedir. Daha küçük yapıları görmek için mikroskoplara ihtiyaç vardır.
Deneysel doğrulamada, bu biyonik yumuşak lens şunları yapabilir:
● Yaklaşık 4 mikrometre mertebesinde ayrıntıları çözebilir;
● Bir karıncanın bacağındaki minik tüyleri ve mikro yapıları net bir şekilde görüntüleyebilir.
"Çözünürlük" ve "yakın mesafeli mikroskobik görüntüleme yeteneği" boyutlarında, insan çıplak gözünün fiziksel üst sınırını aşmıştır.
2. Morfoloji ve entegre edilebilirlik geleneksel optikten farklıdır
Sert cam/plastik lenslerle karşılaştırıldığında, bu yumuşak lensin çeşitli özellikleri vardır:
● Tamamen yumuşaktır ve yumuşak robotların gövdesiyle entegre bir şekilde oluşturulabilir;
● Motorlara, tellere veya dişlilere gerek yoktur, son derece basit bir yapıya sahiptir;
● Yalnızca ışık tahrikine dayanır ve "kendi kendine enerji besleme" potansiyeline sahiptir.
İnsanların girmesi için uygun olmayan ve geleneksel lenslerin yerleştirilmesi için uygun olmayan aşırı ortamlarda (yüksek basınç, dar alanlar, eğimli kanallar, canlı organizmalar vb.), bu yumuşak lensin entegre edilebilirliği ve uyarlanabilirliği insan gözü ve geleneksel lensler için elde edilmesi zordur.
İnsan "görüşünün" genel performansının "gözler + beyin"in kapsamlı bir sonucu olduğu unutulmamalıdır. Şu anda, biyonik yumuşak lens yalnızca "optik görüntüleme ve odaklama" alanında avantajlar göstermekte ve insan beynine benzer gelişmiş görsel bilişe sahip değildir.
IV. Nerede Kullanılabilir: Yumuşak Robotlardan Minimal İnvaziv Tıbba
Bu tür bir biyonik robotik göz, cep telefonlarına fazladan bir "parametre" satırı eklemek için değil, bir dizi yeni form için görsel bir temel sağlamak için tasarlanmıştır.
Birkaç tipik yön görülebilir:
1. Yumuşak arama kurtarma robotlarıEnkazdan geçen yumuşak robotların yumuşak bir gövdeye sahip olması ve ayrıntıları net bir şekilde görebilmesi gerekir. Geleneksel sert lenslerin vücut deformasyonunu takip etmesi zordur ve bu tür bir lens doğal olarak uygundur.
2. Tarımsal ve endüstriyel denetimHastalık lekelerini, çatlakları ve kusurları belirlemeye yardımcı olarak, yakın mesafeden yüksek çözünürlüklü görüntüleme için bitki yapraklarına, meyvelere, lehim bağlantılarına ve mikro yapılara yaklaşabilir.
3. Minimal invaziv cerrahi ve endoskopik görüntülemeYumuşak lensler, sert probların neden olduğu doku hasarını azaltmak ve dar alanlarda otomatik odaklamayı korumak için esnek kateterlerin ve esnek endoskopların ön ucuna entegre edilmiştir.
4. Biyolojik numunelerin mikroskobik gözlemiYerinde hızlı tespit için düşük maliyetli, bükülebilir mikroskobik görüntüleme modülleri yapmak için mikroskop objektiflerinin bir kısmının yerini alabilir.
5. Aşırı çevre tespitiDerin deniz, yüksek basınç ve güçlü darbe ortamlarında, esnek lenslerin geleneksel lenslerden daha az kırılması olasıdır ve uzun süreli konuşlandırma için daha uygundur.
Endüstriyel bir mantık açısından bakıldığında, bu teknoloji, sadece "yüksek çözünürlüklü kameraları bir nesil yükseltmekten" ziyade, "yumuşak görsel ön uçların" yeni bir yolunu açıyor.
V. Biyonik Robotik Gözlerin ve İris Tanımanın Birleşimi
Daha sonra, yalnızca bir şeye odaklanıyoruz: Bu tür bir biyonik robotik gözün iris tanıma için pratik önemi nedir?
1. Daha iyi bir "ön uç toplayıcı": iris tanıma için daha temiz görüntüler sağlamak
İris tanımının üst sınırı büyük ölçüde ön uç görüntülemenin kalitesi tarafından belirlenir:
● Doku yeterince net mi;
● Yansıma, tıkanıklık ve odak dışı kalma kontrol edilebilir mi;
● İşbirliği yapmayan bir durumda istikrarlı toplama sağlanabilir mi.
Esnek biyonik lensler doğrudan üç alanda faydalıdır:
(1) Yakın mesafeli yüksek çözünürlüklü yetenekİris dokusu, mikro yapılı bir özelliktir. Mikrometre seviyesindeki çözünürlük gücü, özellik çıkarma alanını genişletir ve kodlanmış bilgi hacmini artırır, bu da teorik olarak ayırt edilebilirliği ve sahteciliğe karşı koruma yeteneğini artırabilir.
(2) Esnek odaklama ve uyarlanabilir duruşYumuşak lensler, ışık alanı kontrolü yoluyla dinamik olarak odaklanabilir ve özne ileri geri hareket ettiğinde veya dengesiz bir duruşa sahip olduğunda bile irisin odak düzleminde kalmasını sağlar. Bu, durma pozisyonu, baş pozisyonu ve işbirliği düzeyi için gereksinimlerin azaltılabileceği anlamına gelir, bu da kanallarda, yaya akışı senaryolarında ve robot etkileşim senaryolarında konuşlandırmaya yardımcı olur.
(3) Morfolojik uyarlanabilirlikGeleneksel iris modülleri, sınırlı kurulum konumlarına sahip "bir kutudur". Esnek biyonik lensler şunları yapabilir:
● Kapı çerçevelerine, duvarlara ve robotların "yüzüne" gömülebilir;
● Giyilebilir cihazların (gözlükler, saç bantları) ön ucuna entegre edilebilir;
● Eğri yapılara uyar ve ortama karışır.
İris tanıma için bu, toplama noktalarının daha gizli, doğal ve çeşitli olabileceği anlamına gelir.
2. İris tanımayı "sabit terminallerden" "mobil terminallere" ve "esnek terminallere" taşımak
Geleneksel iris tanıma cihazlarının çoğu şunlardır:
● Sabit turnikeler;
● Tezgahların/pencerelerin önündeki masaüstü cihazlar;
● Belirli el terminalleri.
Esnek biyonik lenslerle, yeni kombinasyon formları ortaya çıkabilir:
(1) Yumuşak servis robotlarıRobotun ön ucu, kullanıcıya yaklaşırken iris görüntülerini toplarken navigasyon ve çevre algılaması gerçekleştiren, kartsız ve temassız güçlü kimlik doğrulama sağlayan biyonik bir "gözdür".
(2) Devriye/kanun uygulama terminalleriEsnek modüller, doğal insan-insan etkileşimi sırasında daha yüksek bir güvenlik seviyesi ile kimlik doğrulamayı tamamlamak için kolluk kuvvetleri vücut kameralarına, kimlik rozetlerine, kasklara ve diğer ekipmanlara entegre edilmiştir, diğer tarafın durmasını ve sabit bir cihaza yaklaşmasını gerektirmek yerine.
(3) Tıbbi senaryolarda kimlik bağlamaBiyonik lensler, ameliyat, muayene ve ilaç uygulaması boyunca benzersiz hastayı iris kimliği ile kilitleyerek, esnek endoskopların, kateterlerin ve muayene ekipmanlarının ön ucuna entegre edilerek, eşleşmeleri ve tıbbi anlaşmazlıkları azaltır.
Esasen, biyonik robotik gözler, iris tanımayı "belirli bir noktadaki bir cihazdan" "sistemdeki bir yeteneğe" dönüştürür ve güçlü kimlik doğrulaması gerektiren herhangi bir görsel ön uca gömülebilir.
3. Karmaşık ortamlarda tanıma sağlamlığını iyileştirmek
İris tanıma, mühendislik uygulamasında genellikle çeşitli sorunlarla karşılaşır:
● Dış mekan parlaması ve arkadan aydınlatmalı ortamlar;
● Gözlükler, yansıma ve kısmi tıkanıklık;
● Büyük kullanıcı hareketi ve duruş değişiklikleri.
Esnek biyonik lensler, karmaşık deformasyon ve ortamlar için tasarlanmıştır ve malzeme ve yapısal özellikleri şunlar için kullanılabilir:
● Gözlük yansımasını ve kornea vurgularını azaltmak için dolgu ışığını ve görüntüleme açılarını daha esnek bir şekilde düzenleyin;
● Robotlar gibi hareket platformlarında, hareket bulanıklığının etkisini uyarlanabilir yakınlaştırma yoluyla tamponlayın;
● Nispeten kararlı iris görüntüleme kalitesi elde etmek için ışık tahrikini kullanarak farklı aydınlatma koşulları altında optik yolu hızla ayarlayın.
Bu yetenekler doğrudan şunlara geri bildirim sağlayacaktır:
● Tanıma başarı oranı;
● Kullanıcı deneyimi ("bir an durmak yerine ileri geri duruşu ayarlamak");
● Kullanılabilir çevre aralığı (iç mekan, yarı dış mekan, mobil).
Özet
Biyonik robotik gözler "görmek ve net görmek" sorununu çözerken, iris tanıma "doğru tanıma ve sıkı bir şekilde bağlama" sorununu çözer.
İkisi birleştirildiğinde, iris tanıma yeni ön uç girişleri ve daha geniş uygulama senaryoları kazanır.
