Усовершенствованная система зрения, созданная по примеру глаз богомола

Команда исследователей из Школы инженерии и прикладных наук Университета Вирджинии разработала инновационную биомиметическую систему зрения. Вдохновением для этой системы стало уникальное зрительное восприятие богомола. Эта инновация направлена на повышение эффективности различных технологий, включая беспилотные автомобили, дроны, роботизированные конвейеры, путем решения важной проблемы для систем, управляемых искусственным интеллектом: неспособности точно воспринимать статические или медленно движущиеся объекты в 3D-пространстве.

Например, самоуправляемые автомобили сейчас полагаются на визуальные системы, которые, подобно сложному строению глаз многих насекомых, отлично отслеживают движение и обеспечивают широкий угол обзора, но испытывают трудности с глубинным восприятием. Однако богомол является исключением. Его глаза, угол зрения которых частично перекрывается, обеспечивают ему бинокулярное зрение – способность воспринимать глубину в трехмерном пространстве – критически важную способность, которую исследовательская группа стремилась воспроизвести.

Исследователи во главе с Бьюнджун Бэ (Byungjoon Bae) разработали сложные искусственные глаза, которые имитируют указанную биологическую способность. Эти "глаза" объединяют микролинзы и многочисленные фотодиоды, используя гибкие полупроводниковые материалы, которые воспроизводят выпуклые формы и расположение граней, что характерно для фасеточных глаз богомолов. Такая конструкция гарантирует широкий угол обзора, сохраняя при этом исключительное восприятие глубины.

По словам Бе, их система обеспечивает пространственную осведомленность в реальном времени, что имеет решающее значение для приложений, взаимодействующих с динамической средой. Одной из ключевых инноваций этой системы является использование периферийных вычислений – обработка данных непосредственно на собирающих их датчиках или вблизи них. Такой подход значительно сокращает время обработки информации и энергопотребления, достигая более 400-кратного снижения энергозатрат по сравнению с традиционными визуальными системами. Благодаря этому технология особенно хорошо подходит для маломощных транспортных средств, безпилотников, роботизированных систем и устройств "умного дома".

Работа команды демонстрирует, как эти сложные искусственные глаза могут непрерывно отслеживать изменения в сцене, определяя и кодируя, какие пиксели изменились. Этот метод имитирует то, как насекомые обрабатывают визуальную информацию, используя явление параллакса движения для различения близких и дальних объектов, а также восприятия движения и пространственных данных.

Совместив современные материалы, инновационные алгоритмы и глубокое понимание биологических систем зрения, исследователи создали систему компьютерного зрения, которая может революционизировать применение искусственного интеллекта. Этот биомиметический подход не только повышает точность и эффективность визуальной обработки, но и открывает новые возможности для будущих ИИ-технологий.

Поскольку беспилотные автомобили, дроны и другие системы искусственного интеллекта продолжают развиваться, интеграция таких систем биомиметического зрения может стать значительным шагом вперед, сделав эти технологии более безопасными и надежными в реальных условиях.