Vedci vytvorili umelé oči pre autonómne autá a roboty. Nová technológia funguje podobne ako ľudské oko, v niektorých oblastiach ho dokonca predčí
Vedci vytvorili fotomemristor, ktorý sa svetlu prispôsobuje podobne ako ľudské oko. Nová technológia môže pomôcť autonómnym autám aj robotom lepšie vidieť v tme a ostrom svetle.
Autonómne autá a moderné roboty dnes síce „vidia“, no ich pohľad na svet má stále výrazné limity. Problém sa najviac prejavuje v situáciách, keď sa stretáva tma s ostrým svetlom. Typickým príkladom je nočná jazda, pri ktorej do kamier svietia protiidúce vozidlá. Práve v takýchto momentoch majú technológie komplikovanú úlohu, pretože musia správne vyhodnotiť detaily v obraze, kde je naraz príliš málo aj príliš veľa svetla. Vedci preto hľadajú spôsob, ako strojom umožniť reagovať na svetlo podobne flexibilne, ako to dokáže ľudské oko. Hoci, povedzme si úprimne, ani pre človeka to nie je vždy príjemné.
Možné riešenie tejto komplikácie predstavil tím výskumníkov z Penn State University. Tí sa namiesto „nekonečného“ vylepšovania softvéru rozhodli zapracovať priamo na samotnom hardvéri. Konkrétne sa zamerali na drobné elektronické súčiastky známe ako memristory. Tie majú schopnosť uchovávať informácie aj bez nepretržitého napájania. V mnohých ohľadoch pripomínajú fungovanie neurónov v mozgu, a preto sa považujú za jednu z perspektívnych technológií budúcnosti.
Fotomemristory môžu byť základom novej generácie umelého zraku
Ešte zaujímavejšou kategóriou sú takzvané fotomemristory. Tie dokážu nielen ukladať dáta, ale zároveň reagovať na svetlo a premieňať ho na elektrický signál. Práve preto by mohli slúžiť ako základ pre nové generácie kamier či senzorov. Problém však doteraz spočíval v tom, že tieto zariadenia boli nastavené najmä na stabilné podmienky, a teda pri rýchlych zmenách osvetlenia strácali presnosť. To následne viedlo k problémom s vyhodnocovaním údajov.
Vedci sa preto rozhodli inšpirovať biológiou. Ľudské oko sa dokáže prispôsobiť rôznym svetelným podmienkam vďaka spolupráci tyčiniek a čapíkov. Kým tyčinky pomáhajú pri videní v tme, čapíky zabezpečujú ostrosť a vnímanie farieb pri silnejšom svetle. Tento systém dopĺňa aj schopnosť pigmentov v oku dočasne „vyblednúť“ a následne sa obnoviť, čo umožňuje postupnú adaptáciu na nové podmienky. Práve tento princíp sa výskumníci pokúsili preniesť do svojej technológie.
Výsledkom je zariadenie, ktoré mení svoje vlastnosti podľa okolitého svetla. Základ tvoria dva materiály: vodivý polymér s vlastnosťami gélu a oxid titaničitý, ktorý je citlivý na svetlo. Keď naň dopadne svetlo, vzniká elektrický prúd, ktorý následne ovplyvňuje správanie polyméru. Ten dokáže absorbovať alebo uvoľňovať vodu, čím sa mení jeho citlivosť. V tmavom prostredí sa „nasýti“ a reaguje citlivejšie, pri silnom svetle naopak svoju odozvu tlmí.
Neprehliadni
Takýto mechanizmus umožňuje zariadeniu prispôsobovať sa v reálnom čase bez toho, aby sa muselo spoliehať len na dodatočné softvérové výpočty. To je zásadný rozdiel oproti mnohým súčasným riešeniam, ktoré obraz najmä dodatočne upravujú a prepočítavajú. Tento prístup tak môže priniesť nielen vyššiu presnosť, ale aj rýchlejšiu odozvu celého systému.
Funkčnosť vedci overili v niekoľkých experimentoch. Fotomemristory testovali pri rôznych úrovniach ultrafialového žiarenia, pričom zariadenia dokázali spoľahlivo rozlišovať intenzitu svetla. Zaujímavé je, že ich výkon zostal stabilný aj pri zmene vlhkosti, čo je pri materiáloch pracujúcich s vodou dôležitý faktor. Navyše ide o veľmi malé komponenty. Jeden taký fotomemristor meria približne pol milimetra.
Nové elektronické oko sa svetlu prispôsobuje rýchlejšie než ľudský zrak
Potom nasledoval o niečo praktickejší test, ktorý pripomínal vyšetrenie zraku. Vedci vytvorili jednoduchý vizuálny systém, v ktorom prepojili pole fotomemristorov s neurónovou sieťou. Pred zariadenie umiestnili svetelný vzor v tvare písmena „F“ na meniacom sa pozadí. Po krátkom tréningu dokázal systém tento tvar rozpoznať s presnosťou presahujúcou 95 percent. A to aj v podmienkach, kde sa striedali rôzne úrovne osvetlenia.
Zaujímavé je aj porovnanie s ľudským zrakom. Kým človek môže potrebovať na úplnú adaptáciu na zmenu svetla aj 20 až 30 minút, nové zariadenie reaguje podstatne rýchlejšie. Napriek tomu si zachováva schopnosť zachytiť detaily, čo je pre jeho využitie v praxi kľúčové. Práve rýchlosť reakcie by mohla byť rozhodujúcim faktorom napríklad pri autonómnom riadení, kde systém nemá luxus dlhého čakania. Musí sa rozhodovať okamžite.
Výskumníci už teraz uvažujú nad ďalším vývojom. Cieľom je prepojiť vizuálne vnímanie s ďalšími typmi senzorov, napríklad dotykovými. Takýto systém by dokázal lepšie interpretovať svoje okolie a zároveň by mohol byť energeticky úspornejší. Uplatnenie by si preto mohol nájsť nielen v doprave, ale aj v priemyselných robotických systémoch.
Teoreticky by sa táto technológia mohla raz použiť aj v medicíne, kde by mohla pomôcť ľuďom s problémami zraku. Zatiaľ však ide najmä o výskumný krok, nie o hotový produkt, ktorý by sa zajtra objavil v autách alebo robotických očiach. No ak sa podobné súčiastky podarí škálovať a dostať do reálnych zariadení, stroje by mohli začať vnímať svet o niečo viac tak, ako ho vnímame my. Možno len s tým rozdielom, že v niektorých situáciách sa prispôsobia ešte rýchlejšie.
