Вчені створили сенсор для роботів, що імітує людське око

Різкі зміни освітлення — одна з найбільших проблем для систем комп’ютерного зору. Людина легко адаптується: виходить із темного приміщення на яскраве сонце або розрізняє об’єкти в сліпучому світлі зустрічних фар. Камери безпілотних автомобілів і роботів у таких ситуаціях часто помиляються. Дослідники з Penn State Uni­ver­si­ty запропонували рішення — електронний сенсор, що відтворює принцип роботи людського ока. Результати дослідження опубліковані у журналі Nature Com­mu­ni­ca­tions.

За основу вчені взяли механізм роботи сітківки. В людському оці палички та колбочки відповідають за сприйняття світла: палички чутливі до слабкого освітлення, але тимчасово «вимикаються» при яскравому світлі, а потім поступово відновлюють чутливість у темряві. Саме завдяки цьому eye безперервно підлаштовується до умов довкілля й зберігає здатність розрізняти деталі в широкому діапазоні яскравості.

Команда під керівництвом професора Ларрі Ченга (Lar­ry Cheng) відтворила цей механізм в електронному пристрої — новому типі фотомемристора. Це компонент, який одночасно сприймає світло та зберігає інформацію про попередні впливи. Конструкція складається з двох матеріалів: провідного полімерного шару з гелеподібними властивостями та діоксиду титану. Коли на пристрій потрапляє світло, діоксид титану генерує електричний струм, який змушує полімер поглинати або виділяти воду залежно від рівня освітленості. Чутливість сенсора автоматично змінюється без жодного зовнішнього керування — у режимі реального часу.

Для перевірки технології вчені зібрали матрицю з 16 сенсорів розміром 4×4 і підключили її до нейронної мережі, сформувавши просту систему машинного зору. Випробування нагадувало класичну перевірку зору: система мала розпізнавати літеру F, що світилася, на фоні з постійно мінливою яскравістю. Після 7 циклів навчання точність розпізнавання перевищила 95% навіть за складних умов освітлення — там, де звичайні камери втрачають контрастність і припускаються помилок.

Кожен окремий фотомемристор має розмір близько половини міліметра. Розробники підкреслюють, що такі елементи можна об’єднувати у значно більші масиви без зміни конструкції окремих сенсорів. Це відкриває шлях до створення повноцінних камер нового покоління для автономного транспорту та робототехнічних систем.

Сфера застосування технології не обмежується безпілотними автівками. Серед перспективних напрямів — промислові роботи, що працюють в умовах мінливого освітлення, а також допоміжні пристрої для людей з порушеннями зору.

Дослідники вже подали попередню патентну заявку й працюють над наступним етапом проєкту — мультимодальною системою, здатною одночасно обробляти не лише візуальну інформацію, а й дані про дотики. Якщо це вдасться реалізувати, нові сенсори можуть стати основою більш чутливих і адаптивних роботизованих платформ, що сприйматимуть навколишній світ максимально наближено до людського.