Ρομποτική όραση ταχύτερη από το ανθρώπινο μάτι: το νέο επίτευγμα της Κίνας

Σε ένα τεχνολογικό επίτευγμα που υπόσχεται να φέρει επανάσταση στον τομέα της ρομποτικής όρασης, ερευνητές από το Πανεπιστήμιο Fuzhou στην Κίνα ανέπτυξαν έναν νέο αισθητήρα τεχνητής όρασης που ανταποκρίνεται σε αλλαγές φωτεινότητας με ταχύτητα που ξεπερνά αυτήν του ανθρώπινου ματιού. Η καινοτομία αυτή μπορεί να δώσει λύσεις σε κρίσιμες προκλήσεις που αφορούν την αυτονομία και την ασφάλεια των μηχανών.

Φανταστείτε ένα αυτοκίνητο χωρίς οδηγό που εξέρχεται από ένα σκοτεινό τούνελ και έρχεται αντιμέτωπο με το εκτυφλωτικό φως του ήλιου. Αυτή η φευγαλέα στιγμή προσαρμογής των αισθητήρων στο νέο φωτεινό περιβάλλον μπορεί να αποβεί κρίσιμη. Με αυτή την εικόνα κατά νου, οι Κινέζοι επιστήμονες σχεδίασαν έναν αισθητήρα ο οποίος μπορεί να προσαρμόζεται σε ακραίες διακυμάνσεις φωτός σχεδόν ακαριαία, δίνοντας στα ρομπότ και τις μηχανές μια «όραση» ανώτερη από την ανθρώπινη.

Το ανθρώπινο μάτι αποτελεί ένα εντυπωσιακό βιολογικό σύστημα, ικανό να προσαρμόζεται απόλυτα σε διαφορετικές συνθήκες φωτισμού. Ωστόσο, ο νέος αισθητήρας δεν περιορίζεται στο να μιμείται αυτή τη δυνατότητα – την ξεπερνά. Το «κλειδί» της τεχνολογίας αυτής είναι η χρήση των λεγόμενων κβαντικών κουκκίδων (quantum dots), νανοκρυστάλλων ημιαγωγών – στην προκειμένη περίπτωση από θειούχο μόλυβδο – οι οποίοι έχουν την ικανότητα να μετατρέπουν το φως σε ηλεκτρικά σήματα με εξαιρετική απόδοση.

Ο Yun Ye, ένας από τους συντάκτες της μελέτης, εξήγησε πως η σχεδίαση των κβαντικών κουκκίδων βασίστηκε στην ιδέα ότι μπορούν να παγιδεύουν ηλεκτρικά φορτία όπως ένα σφουγγάρι απορροφά νερό και να τα απελευθερώνουν όταν χρειάζεται. Αυτή η διαδικασία προσομοιώνει τον τρόπο με τον οποίο τα μάτια μας αποθηκεύουν φωτοευαίσθητα χρωστικά μόρια για να προσαρμόζονται σε συνθήκες χαμηλού φωτισμού.

Η κατασκευή του αισθητήρα περιλαμβάνει στρώσεις από τις κβαντικές κουκκίδες, ενσωματωμένες ανάμεσα σε πολυμερή υλικά και οξείδιο ψευδαργύρου. Η δομή αυτή επιτρέπει στον αισθητήρα να ανταποκρίνεται άμεσα στις μεταβολές φωτεινότητας, με ακρίβεια και ενεργειακή απόδοση που φέρνει την τεχνολογία πιο κοντά στη λειτουργία του ανθρώπινου νευρικού συστήματος.

Σε αντίθεση με τα συμβατικά οπτικά συστήματα υπολογιστών, τα οποία συχνά καταναλώνουν πολλή ενέργεια για την επεξεργασία τεράστιων ποσοτήτων δεδομένων – μεγάλο μέρος των οποίων είναι άνευ σημασίας – ο αισθητήρας αυτός λειτουργεί πιο επιλεκτικά. Παρόμοια με τον ανθρώπινο αμφιβληστροειδή, προεπεξεργάζεται το φωτεινό σήμα επί τόπου, φιλτράροντας τις περιττές πληροφορίες και εστιάζοντας στα ουσιώδη στοιχεία της σκηνής. Αυτό μεταφράζεται σε μειωμένη υπολογιστική επιβάρυνση και μικρότερη κατανάλωση ενέργειας.

Η πρακτική εφαρμογή αυτής της τεχνολογίας θα μπορούσε να αποδειχθεί κρίσιμη για ρομποτικά συστήματα που καλούνται να λειτουργούν υπό μεταβαλλόμενες συνθήκες φωτός – από βιομηχανικούς χώρους με περιορισμένο φωτισμό μέχρι ηλιόλουστους ανοιχτούς χώρους. Όπως σημειώνει ο Ye, η ουσία της έρευνας είναι να δώσει στις μηχανές τη δυνατότητα να «βλέπουν αξιόπιστα εκεί όπου αποτυγχάνουν οι υπάρχοντες αισθητήρες όρασης».

Το ερευνητικό έργο ωστόσο δεν σταματά εδώ. Τα επόμενα βήματα περιλαμβάνουν την ενσωμάτωση μεγαλύτερων συστοιχιών αισθητήρων και την εγκατάσταση εξειδικευμένων μικροτσίπ τεχνητής νοημοσύνης απευθείας στη συσκευή, με στόχο ακόμα ταχύτερη και πιο προηγμένη επεξεργασία δεδομένων. Η προσέγγιση αυτή υπόσχεται να ανοίξει νέους ορίζοντες στον τομέα της μηχανικής όρασης, φέρνοντας την τεχνητή όραση ένα βήμα πιο κοντά στην πολυπλοκότητα και την απόδοση του ανθρώπινου εγκεφάλου.

[via]