Los cangrejos violinistas tienen un campo de visión hemisférico de 360°
Los sistemas de visión artificial encuentran una amplia gama de aplicaciones, incluidos automóviles autónomos, detección de objetos, monitoreo de cultivos y cámaras inteligentes. Tal visión a menudo se inspira en la visión de los organismos biológicos.
Por ejemplo, la visión humana y de insectos ha inspirado la visión artificial terrestre, mientras que los ojos de los peces han dado lugar a la visión artificial acuática. Si bien el progreso es notable, las actuales visiones artificiales sufren algunas limitaciones: no son adecuadas para obtener imágenes de entornos terrestres y submarinos, y están limitadas a un campo de visión (FOV) hemisférico (180°).
Para superar estos problemas, un grupo de investigadores de Corea y EE. UU., incluido el profesor Young Min Song del Instituto de Ciencia y Tecnología de Gwangju en Corea, ha diseñado un novedoso sistema de visión artificial con capacidad de generación de imágenes omnidireccional, que pueden funcionar tanto en ambientes acuáticos como terrestres.
"La investigación en visión bioinspirada a menudo da como resultado un desarrollo novedoso que no existía antes. Esto, a su vez, permite una comprensión más profunda de la naturaleza y garantiza que el dispositivo de imagen desarrollado sea estructural y funcionalmente efectivo", dice el profesor Song, explicando su motivación detrás del estudio.
Imagen: Investigadores del Instituto de Ciencia y Tecnología de Gwangju en Corea han desarrollado, en un nuevo estudio, un sistema de visión artificial modelado a partir de la estructura del ojo del cangrejo violinista, que es adecuado tanto para entornos terrestres como submarinos, y proporciona una capacidad de imagen panorámica. Crédito: Prof. Young Min Song de GIST, Corea
La inspiración para el sistema provino del cangrejo violinista (Uca arcuata), una especie de cangrejo semiterrestre con capacidad de imagen anfibia y un FOV de 360°. Estas notables características son el resultado del pedúnculo ocular elipsoidal de los ojos compuestos del cangrejo violinista, que permite obtener imágenes panorámicas, y córneas planas con un perfil de índice de refracción graduado, lo que permite obtener imágenes anfibias.
En consecuencia, los investigadores desarrollaron un sistema de visión que consiste en una matriz de microlentes planas con un perfil de índice de refracción graduado que se integró en una matriz de fotodiodos de silicio flexibles en forma de peine y luego se montó en una estructura esférica. El índice de refracción graduado y la superficie plana de la microlente se optimizaron para compensar los efectos de desenfoque debidos a cambios en el entorno externo. En pocas palabras, los rayos de luz que viajaban en diferentes medios (correspondientes a diferentes índices de refracción) se enfocaron en el mismo lugar.
Para probar las capacidades de su sistema, el equipo realizó simulaciones ópticas y demostraciones de imágenes en aire y agua. Las imágenes anfibias se realizaron sumergiendo el dispositivo hasta la mitad en agua. Para su deleite, las imágenes producidas por el sistema eran claras y libres de distorsiones.
El equipo demostró además que el sistema tenía un campo visual panorámico, 300° en horizontal y 160° en vertical, tanto en el aire como en el agua. Además, la montura esférica tenía solo 2 cm de diámetro, lo que hacía que el sistema fuera compacto y portátil.
"Nuestro sistema de visión podría allanar el camino para cámaras omnidireccionales de 360° con aplicaciones en realidad virtual o aumentada o una visión para todo clima para vehículos autónomos", especula emocionado el profesor Song.
El estudio estuvo disponible en línea el 12 de julio de 2022 y se publicó en Nature Electronics el 11 de julio de 2022: An amphibious artificial vision system with a panoramic visual field
