Дослідники з Penn State створили світлоадаптивний сенсорний компонент, який здатен зробити камери автономного транспорту та роботів значно стабільнішими під час різких змін освітлення. Дослідження, оприлюднене в понеділок у Nature Communications, безпосередньо наслідує принципи того, як людське око переходить між яскравим світлом і темрявою.
Біомімікрія для кращого комп’ютерного зору
Сучасні камери в безпілотних автомобілях зазвичай оптимізовані під відносно стабільне освітлення, тому точність падає, коли умови змінюються миттєво — наприклад, під час виїзду з темної ділянки дороги прямо в світло зустрічних фар. Команда Penn State під керівництвом (спільно) професора інженерії Ларрі Чена взяла за зразок систему паличок і колбочок у сітківці. У людському оці пігменти паличок «вибілюються» при яскравому світлі та поступово відновлюються в темряві, тож чутливість зору постійно переналаштовується.
Вчені відтворили цю змінну чутливість у новому фотомемристорі — мініатюрному сенсорі, що реєструє світло й перетворює його на електричні сигнали. Конструкція поєднує два матеріали: провідний гелеподібний полімер і оксид титану. Коли світло потрапляє на оксид титану, виникає струм, який змушує полімер поглинати або віддавати воду залежно від яскравості, тобто сенсор самостійно регулює чутливість у реальному часі.
Понад 95% точності за контрастного освітлення
Щоб перевірити ідею, команда зібрала масив 4×4 із таких сенсорів і поєднала його з нейронною мережею, сформувавши базову систему машинного зору. Далі її протестували варіацією стандартної «таблиці для очей»: система мала розпізнати світлодіодну літеру “F” на фоні, де яскравість спеціально коливалася. Після семи циклів навчання точність перевищила 95% у змішаних світлових умовах.
Розмір одного сенсора — лише пів міліметра, і, за словами Чена, окремі елементи можна об’єднувати в більші матриці для визначення ширших візуальних шаблонів, не збільшуючи фізичні габарити кожного компонента.
Окрім автономних авто, розробники бачать застосування в промисловій робототехніці та, в перспективі, в асистивних рішеннях для людей із порушеннями зору. Уже подано заявку на тимчасовий патент, а подальші кроки передбачають розширення технології до мульти-модальної системи, яка зможе одночасно обробляти зорові й тактильні дані.
Цей фотомемристор доповнює перелік сенсорних інновацій, що підвищують надійність автономного транспорту, зокрема компактний радарний модуль, розроблений в Університеті Райса раніше цього року.
