Gli scienziati hanno sviluppato un nuovo occhio artificiale ispirato alla visione adattiva degli animali e reso popolare in movie di fantascienza come Terminator. La tecnologia utilizza una pupilla di metallo liquido che cambia automaticamente forma e dimensione in risposta alla luce, aiutando potenzialmente robotic, veicoli autonomi e macchine avanzate a vedere più chiaramente in ambienti in rapido cambiamento.
I ricercatori dell’Università della Carolina del Nord a Chapel Hill, della Westlake College e di altre istituzioni hanno introdotto il concetto in uno studio pubblicato sulla rivista Robotica scientifica. Il loro obiettivo period affrontare una sfida comune nei moderni sistemi di visione artificiale: le telecamere e i sensori spesso hanno difficoltà quando le condizioni di illuminazione cambiano improvvisamente, come quando si passa dall’oscurità alla luce del sole.
A differenza degli occhi biologici, molti sistemi di visione artificiale fanno molto affidamento sull’elaborazione del software program per compensare la sovraesposizione o la scarsa illuminazione
Questi metodi possono essere lenti, advert alta intensità energetica e talvolta inaffidabili. Il nuovo sistema invece trae ispirazione direttamente dalla natura replicando il riflesso pupillare della luce, il processo automatico che consente alle pupille umane e animali di adattarsi istantaneamente ai cambiamenti dei livelli di luce.
Al centro della tecnologia c’è una pupilla di metallo liquido composta da gallio-indio eutettico (EGaIn). Questo materiale è incorporato all’interno di microcanali flessibili e controllato tramite segnali elettrochimici. Quando la luce intensa colpisce la retina artificiale, genera impulsi elettrici che innescano la contrazione del metallo liquido, riducendo la quantità di luce che entra nel sistema. Quando l’ambiente diventa più buio, la pupilla si espande nuovamente per catturare più luce.
I ricercatori hanno inoltre progettato il sistema in modo che la pupilla possa cambiare forma, non solo dimensione. Oltre alle pupille circolari come quelle presenti negli esseri umani, il dispositivo può replicare forme viste in animali come gatti, rane, pecore o calamari, il che può aiutare advert adattare i sistemi di visione a diversi ambienti.
L’occhio artificiale è costituito da tre componenti chiave
La prima è una retina artificiale emisferica composta da fotorilevatori sensibili alla luce disposti in una struttura curva. In secondo luogo ci sono i “neuroni” di metallo liquido che convertono i segnali luminosi in impulsi elettrici. La terza è la pupilla adattiva in metallo liquido che regola l’apertura in base a tali segnali. Insieme, questi elementi creano un sistema a circuito chiuso che imita il modo in cui gli occhi biologici regolano l’esposizione alla luce.
I primi take a look at suggeriscono che l’approccio potrebbe migliorare significativamente la visione artificiale. In un esperimento, la precisione del riconoscimento delle immagini in condizioni di illuminazione intensa è aumentata da circa il 68% a oltre l’83% quando è stato attivato il sistema di pupilla adattiva.
Questo miglioramento è importante perché la visione è una delle capacità più critiche per le tecnologie emergenti come robotic, droni e auto a guida autonoma. Questi sistemi devono funzionare in condizioni reali imprevedibili in cui l’illuminazione può cambiare rapidamente, advert esempio dai tunnel bui alla luce del giorno.
Una soluzione basata su {hardware} come la pupilla di metallo liquido potrebbe ridurre la necessità di complessi algoritmi di elaborazione delle immagini migliorando al tempo stesso la velocità e l’efficienza energetica. Ciò rende la tecnologia particolarmente promettente per i sistemi mobili in cui il consumo energetico e la velocità di elaborazione sono fondamentali.
Le potenziali applicazioni vanno oltre la robotica e i veicoli autonomi
I ricercatori affermano che la tecnologia potrebbe anche migliorare le telecamere di sicurezza, i dispositivi di imaging medico, i droni e i sistemi informatici neuromorfici che tentano di replicare le funzioni biologiche del cervello.
Per ora, l’occhio artificiale è ancora un prototipo di prova, ma il staff sta già lavorando per perfezionare il design. Il lavoro futuro si concentrerà sulla miniaturizzazione degli attuatori e dei fotorilevatori a metallo liquido, sul miglioramento dell’efficienza energetica e sull’integrazione del sistema nei dispositivi del mondo reale.
I ricercatori prevedono inoltre di espandere il sistema con ulteriori capacità di rilevamento, tra cui immagini a colori e multispettrali, e potenzialmente combinarlo con sensori tattili o di movimento per creare macchine con una percezione più completa.
Se questi sviluppi avranno successo, l’allievo di metallo liquido potrebbe rappresentare un passo importante verso macchine che vedono il mondo più come fanno gli esseri umani – e gli animali, consentendo a robotic e veicoli di navigare in ambienti complessi con molta maggiore consapevolezza.
