A valós környezetben való hatékony navigálás érdekében a robotok jellemzően a testükbe integrált képalkotó eszközökkel gyűjtött vizuális információkat elemzik. A robotok teljesítményének növelése érdekében a mérnökök ezért különböző típusú, nagy teljesítményű kamerákat, érzékelőket és mesterséges látórendszereket próbálnak megalkotni.
Számos eddig kifejlesztett mesterséges látórendszer az emberek, állatok, rovarok és halak szeméből merít ihletet. E rendszereknek különböző tulajdonságaik és jellemzőik vannak, attól függően, hogy milyen környezetben való használatra szánják őket.
A legtöbb létező érzékelőt és kamerát úgy tervezték, hogy vagy a földön (azaz szárazföldi környezetben) vagy vízben (azaz vízi környezetben) működjön. Ezzel szemben a bioinspirált mesterséges látórendszerek, amelyek mind szárazföldi, mind vízi környezetben képesek működni, továbbra is ritkák.
Az Institute for Basic Science (IBS), a Szöuli Nemzeti Egyetem, a Gwangju Institute of Science, a Massachussets Institute of Technology (MIT) and Technology és a University of Texas at Austin kutatói nemrégiben egy új, rákok által inspirált látórendszert hoztak létre, amely a földön és a vízben egyaránt képes működni. Ez a kétéltű rendszer, amelyet a Nature Electronics című szaklapban megjelent tanulmányban mutattak be, lehetővé teszi, hogy a robotok 360°-os panorámaképet kapjanak környezetükről, így hatékonyabban észlelhetik az akadályokat és navigálhatnak a környezetükben.
"A korábbi, széles látómezejű (FoV) kamerákkal kapcsolatos munkák (beleértve a mi csoportunk kutatását is) mindig 180°-nál kisebb látószögűek voltak, ami nem elég a "teljes" panorámás látáshoz, és nem voltak alkalmasak a változó külső környezethez. Olyan 360°-os FoV-kamerát akartunk kifejleszteni, amely levegőben és vízben is képes képet készíteni" - mondta Young Min Song, a tanulmány egyik kutatója a Tech Xplore-nak.
Ez a mesterséges látórendszer a hegedűs rákok szeméből merített ihletet. Ez az egyedülálló faj, más néven integető rákok, teljes panorámaképet tudnak nyerni a környezetükről anélkül, hogy a szemüket és a testüket mozgatni kellene. A hegedűs rákok szemének mesterséges reprodukálásához Min és kollégái egy lapos kamera lencsét használtak.
"Ha egy hagyományos, görbületes lencsét használunk a képalkotáshoz, annak fókuszpontja megváltozik, amikor a lencsét a vízbe merítjük" - magyarázta Song. "Ezzel szemben, ha sík felületű lencsét használunk, akkor a környezeti körülményektől függetlenül tiszta képet láthatunk. A dagályközi régióban élő ráknak ilyen sima felületű lencséje van, és mi csak utánoztuk ezt a rákszemlencsét."
Kifinomult látórendszerük létrehozásához a kutatók egy gömb alakú szerkezetre integráltak egy sor fokozatos törésmutatójú, lapos mikrolencsét és egy sor rugalmas, fésű alakú szilícium fotodiódát. Az általuk használt mikrolencsék a levegő és a víz közötti külső törésmutató változásától függetlenül képesek megtartani fókusztávolságukat.
"Legjobb tudomásunk szerint ez az első alkalom, hogy kétéltű és panorámás látórendszereket mutatunk be a világon. Látórendszerünk utat nyithat a 360°-os, minden irányba mutató kamerák számára, amelyek a virtuális vagy kiterjesztett valóságban, illetve az autonóm járművek minden időjárási viszonyokra kiterjedő látásmódjában alkalmazhatók" - mondta Song.
Song és kollégái egy sor optikai szimulációban és képalkotási demonstrációban tesztelték rendszerüket, figyelembe véve mind a szárazföldi, mind a vízi környezet jellemzőit. Eddig úgy találták, hogy rendkívül ígéretes eredményeket értek el, így hamarosan több különböző hibrid és kétéltű roboton is tesztelhetik és alkalmazhatják.
"A következő vizsgálataink során további mérnöki munkát végzünk a nagyobb felbontás és a kiváló képalkotási teljesítmény elérése érdekében. Emellett továbbra is szeretnénk egy új típusú kamerát kifejleszteni, amelynek egyedi képalkotási jellemzőit más állatok szemei ihlették" - tette hozzá Song.
