Au depășit ochiul uman: acest senzor chinezesc ar putea schimba pentru totdeauna viziunea artificială

Ce-ar fi dacă mașinile ar putea vedea ca noi sau chiar mai bine? În domeniul extrem de competitiv al vederii artificiale, o echipă de la Universitatea Fuzhou din China tocmai a atins o piatră de hotar decisivă: a proiectat un senzor bio-inspirat, capabil să se adapteze la condiții extreme de iluminare cu o viteză și o inteligență fără precedent. Datorită tehnologiei bazate pe puncte cuantice, acest dispozitiv ar putea transforma viitorul roboților, al vehiculelor autonome și al imagisticii la bord. El a fost descris într-un articol publicat în Applied Physics Letters.

Ochiul uman este o minune a adaptabilității. Trecerea de la un tunel întunecat la lumina puternică a soarelui sau invers, în general, nu ne pune nicio problemă – vederea noastră se ajustează, uneori în câteva secunde. Dar această abilitate se bazează pe un sistem sofisticat care combină retina, neuronii optici și cortexul vizual, capabil să proceseze, să prioritizeze și chiar să anticipeze informațiile luminoase. Replicarea acestei performanțe cu mașinile a fost întotdeauna o provocare. Sistemele de vedere convenționale, încorporate în roboți sau vehicule autonome, trebuie să proceseze cantități imense de date fără discriminare, ceea ce face ca calculele să fie greoaie, consumă multă energie și încetinește reacțiile în medii în schimbare.

Abordarea dezvoltată de cercetătorii chinezi este fundamental diferită. În loc să sporească puterea de calcul, aceștia s-au inspirat din însăși funcționarea ochiului, proiectând un senzor cu „inteligență optică” încorporată. Inima acestei inovații: puncte cuantice de sulfură de plumb, structuri semiconductoare minuscule de ordinul nanometrilor, capabile să transforme eficient lumina într-un semnal electric. Dar mai presus de toate, aceste puncte cuantice au fost concepute pentru a capta și apoi a elibera sarcini electrice la cerere, la fel cum celulele fotosensibile din retina umană își adaptează răspunsul la intensitatea luminii. Întregul sistem se bazează pe o structură multistrat din polimer și oxid de zinc, traversată de electrozi specializați care controlează comportamentul senzorului. Rezultatul: senzorul se adaptează la variații extreme de luminozitate în doar 40 de secunde – un timp mai scurt decât cel necesar ochiului uman în anumite condiții.

Pe lângă această capacitate de adaptare rapidă, noul senzor se remarcă printr-o altă caracteristică crucială: procesează datele la sursă. În loc să transmită toate semnalele vizuale către un computer central pentru procesare, senzorul selectează informațiile relevante, la fel cum creierul nostru ignoră în mod natural stimulii inutili. Această pre-procesare reduce semnificativ sarcina de calcul, economisește energie și accelerează procesul decizional – o îmbunătățire critică pentru mașinile autonome care funcționează în timp real, în special în domeniile mobilității și roboticii.

Acest senzor ar putea avea aplicații foarte concrete în anii următori. Imaginați-vă o mașină autonomă care iese dintr-un tunel întunecat pe o autostradă în lumina puternică a soarelui: acolo unde un sistem tradițional ar putea fi orbit momentan sau reacționează lent, noul senzor ar permite o adaptare instantanee, cu o percepție clară și fiabilă a obstacolelor și a configurației drumului. În industrie, roboții care funcționează în aer liber sau în medii cu iluminare variabilă (depozite, zone industriale mixte) ar beneficia de o vedere semnificativ mai stabilă și mai receptivă. Iar pentru exploratorii robotici – fie sub apă, în spațiu sau pe uscat – această capacitate de a „vedea” în toate condițiile ar putea însemna diferența dintre succesul și eșecul misiunii.

Deocamdată, senzorul rămâne un prototip. Dar echipa chineză intenționează deja să își extindă capacitățile prin dezvoltarea de rețele de senzori interconectați capabile să acopere câmpuri vizuale mai largi și prin integrarea de cipuri de inteligență artificială pentru a avansa în continuare procesarea informațiilor locale. Această combinație de bio-inspirație, nanotehnologie și logică algoritmică ar putea anunța o nouă eră a vederii computerizate, în care mașinile nu vor mai capta pur și simplu lumina, ci vor învăța să o înțeleagă așa cum o facem noi.

Știință&Tehnică

Revista “Ştiinţă şi Tehnică“, cea mai cunoscută şi longevivă publicaţie de popularizare a ştiintelor din România