Por Hermes Lavallén
Un equipo de científicos investigadores de Corea y EE.UU. crean el primer sistema de visión artificial tanto para tierra como para agua. Inspirándose en el ojo de un cangrejo violinista, los científicos desarrollaron un sistema de visión artificial anfibio con un campo visual panorámico.
El campo de visión panorámico es capaz de obtener imágenes de entornos terrestres y submarinos. Los sistemas de visión artificial son valiosos para una gran variedad de aplicaciones, como automóviles autónomos, cámaras inteligentes, monitoreo de cultivos y detección de objetos.
Superando las limitaciones de los actuales sistemas de visión artificial, estos sistemas suelen estar inspirados en la visión de los organismos biológicos. Por ejemplo, el desarrollo de la visión artificial terrestre se ha inspirado en la visión humana y de insectos. Mientras tanto, la visión artificial acuática ha surgido como resultado del estudio de los ojos de los peces. Si bien se han logrado avances significativos en este campo, los sistemas de visión artificial convencionales tienen deficiencias. Una limitación importante es que no están diseñados para obtener imágenes de entornos terrestres y acuáticos y, a menudo, están restringidos a un campo de visión hemisférico (180°). Para superar estas limitaciones, un equipo de científicos de Corea y EE.UU., incluido el profesor Young Min Song del Instituto de Ciencia y Tecnología de Gwangju en Corea, ha creado un novedoso sistema de visión artificial con una capacidad de imagen omnidireccional, que puede ser capaz de captar imágenes de ambientes acuáticos y 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”, explicó el profesor Song.
La motivación detrás del sistema del equipo se deriva del cangrejo violinista (Uca arcuata), una especie de cangrejo semiterrestre con capacidad de formación de imágenes anfibias y un campo de visión de 360°. Estas características extraordinarias son consecuencia del tallo ocular elipsoidal de los ojos compuestos del cangrejo violinista, lo que permite imágenes panorámicas y córneas planas con un perfil de índice de refracción graduado, lo que permite imágenes anfibias. En consecuencia, el equipo estableció un sistema de visión artificial que constaba de una variedad de microlentes planas con un perfil de índice de refracción graduado que se integró en una matriz de fotodiodos de silicio con forma de peine flexible y luego se montó en una estructura esférica. El índice de refracción gradual y la superficie plana de la microlente se mejoraron para contrarrestar los efectos de desenfoque que surgen debido a los cambios en el entorno externo. Esto significa que los rayos de luz que viajan en varios medios (correspondientes a diferentes índices de refracción) se enfocaron en el mismo punto.
Imágenes anfibias. Para examinar las capacidades de su sistema, los investigadores realizaron simulaciones ópticas y experimentos de imágenes en el aire y el agua. Las imágenes anfibias se lograron sumergiendo el dispositivo hasta la mitad en el agua. A través de esto, los científicos descubrieron que las imágenes generadas por el sistema eran claras y libres de distorsiones. Además, el grupo demostró que el sistema tenía un campo visual panorámico, de 300° en horizontal y de 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 este novedoso 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”, concluyó el profesor Song.
Sin duda, las cámaras biomiméticas no son nuevas. En 2013, se informó en Nature sobre una cámara de campo de visión amplio (FoV) que imitaba los ojos compuestos de un insecto, y en 2020, surgió una cámara de campo de visión amplio que imitaba un ojo de pez. Si bien estas cámaras pueden capturar grandes áreas a la vez, es estructuralmente difícil superar los 180 grados y, más recientemente, han entrado en juego productos comerciales con FoV de 360 grados. Sin embargo, estos pueden ser torpes, ya que tienen que fusionar imágenes tomadas de dos o más cámaras, y para ampliar el campo de visión, se necesita un sistema óptico con una configuración compleja, lo que provoca la distorsión de la imagen. También es un desafío mantener la capacidad de enfoque cuando cambia el entorno circundante, como en el aire y bajo el agua.
El estudio del grupo ha sido publicado en Nature Electronics. Art:
https://www.nature.com/articles/s41928-022-00789-9
