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Creato il primo sistema di visione artificiale anfibio

Ispirandosi all'occhio di un granchio violinista, gli scienziati hanno sviluppato un sistema di visione artificiale anfibio con un campo visivo panoramico

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La Redazione

Dare la vista al nostro hardware ha permesso di realizzare una serie di applicazioni nel campo delle auto a guida autonoma, del rilevamento di oggetti e del monitoraggio delle colture. A differenza degli esseri viventi, però, i sistemi di visione sintetica non sono in grado di evolversi in habitat naturali. I sistemi visivi dinamici in grado di funzionare sia sulla terraferma che in acqua, quindi, non hanno ancora alimentato le nostre macchine. I ricercatori del MIT, del Gwangju Institute of Science and Technology (GIST) e della Seoul National University in Corea hanno sviluppato un nuovo sistema di visione artificiale anfibio che riproduce fedelmente la visione del granchio violinista ed è in grado di affrontare entrambi i terreni.

La struttura del progetto

La specie ha una capacità di imaging anfibio e un campo visivo estremamente ampio, mentre tutti i sistemi attuali sono limitati dalla forma emisferica. Il nuovo occhio artificiale, che assomiglia a una piccola palla nera, sferica e apparentemente ordinaria, interpreta gli input attraverso una combinazione di materiali che elaborano e interpretano la luce. Gli scienziati hanno combinato microlenti piatte con un profilo di indice di rifrazione graduato e fotodiodi flessibili con struttura a pettine, il tutto avvolto sulla sfera 3D. Grazie a questa configurazione, i raggi luminosi provenienti da più sorgenti convergono sempre nello stesso punto del sensore di immagine, indipendentemente dall'indice di rifrazione dell'ambiente circostante.

Le capacità del sistema di visione anfibio

Sia la capacità di imaging anfibia che quella panoramica sono state testate in esperimenti in entrambi gli ambienti, con la ripresa di cinque oggetti a diverse distanze e direzioni. Il sistema ha fornito una qualità d'immagine costante e un campo visivo di quasi 360 gradi sia in ambiente terrestre che acquatico.

Il sistema è in grado di vedere sia sott'acqua che sulla terraferma, laddove i sistemi precedenti si limitavano a un solo ambito.

Da dove nasce l'ispirazione

Il granchio violinista possiede un sistema di visione potente e unico, che si è evoluto grazie alla vita sia sott'acqua che sulla terraferma. Le cornee piatte, combinate con un indice di rifrazione graduato, contrastano gli effetti di defocalizzazione derivanti dai cambiamenti dell'ambiente esterno. I granchi hanno anche un campo visivo omnidirezionale tridimensionale, grazie a una struttura ellissoidale e peduncolare degli occhi. Si sono evoluti per guardare quasi tutto contemporaneamente, per evitare gli attacchi sulle ampie piane di marea e per comunicare e interagire con i compagni.

Lo stato dell'arte

Le telecamere biomimetiche non sono certo una novità. Nel 2013 è stata pubblicata su Nature una telecamera ad ampio campo visivo (FoV) che imitava gli occhi composti di un insetto. Nel 2020 è stata presentata una telecamera ad ampio campo visivo che imitava l'occhio di un pesce. Sebbene queste telecamere siano in grado di catturare grandi aree contemporaneamente, è strutturalmente difficile superare i 180 gradi. Anche se di recente sono entrati in commercio telecamere con FoV a 360 gradi, queste possono però risultare poco pratiche, in quanto devono unire le immagini riprese da due o più telecamere. Per ampliare il campo visivo, è necessario un sistema ottico con una configurazione complessa, che provoca pertanto una distorsione dell'immagine. È inoltre difficile mantenere la capacità di messa a fuoco quando l'ambiente circostante cambia, come tra ambiente aereo e subacqueo. Da qui nasce l'idea di guardare al granchio violinista.

Durante i test sono stati proiettati sul sistema cinque oggetti (delfino, aereo, sottomarino, pesce e nave) a distanze diverse e da angolazioni diverse. Il team ha eseguito esperimenti di spot imagining multi-laser e le immagini artificiali corrispondevano alla simulazione. Per andare più a fondo, hanno immerso il dispositivo per metà in acqua.

Il futuro del progetto

Un ampliamento logico del lavoro comprende la ricerca di schemi di adattamento alla luce ispirati alla biologia. Inoltre, la ricerca verterà sull'ottenimento di una risoluzione più elevata e di tecniche di elaborazione delle immagini superiori.

"Si tratta di un'opera spettacolare di ingegneria ottica e di imaging non planare, che combina aspetti del bio-inspired design e dell'elettronica flessibile avanzata per ottenere capacità uniche non disponibili nelle telecamere convenzionali". Lo afferma John A. Rogers, professore di Scienza dei Materiali e Ingegneria, Ingegneria biomedica e Chirurgia neurologica al Louis A. Simpson and Kimberly K. Querrey Biomedical Research Center della Northwestern University, che non ha preso parte al lavoro. "I potenziali usi spaziano dalla sorveglianza della popolazione al monitoraggio ambientale".

L'Institute for Basic Science, la National Research Foundation of Korea e la borsa di studio GIST-MIT Research Collaboration finanziata dal GIST nel 2022 hanno sostenuto la ricerca.

Creato il primo sistema di visione artificiale anfibio - Ultima modifica: 2022-09-14T15:53:52+02:00 da La Redazione