A primeira vez que os humanos pensaram seriamente em "olhos de máquinas" não foi em um laboratório, mas em obras de ficção científica.
Agora, um verdadeiro "olho robótico biônico" passou de artigos para um protótipo real: ele usa uma lente feita de materiais macios e a própria luz como "energia", consegue ver os minúsculos pelos nas pernas de uma formiga em escala microscópica, e seu poder de resolução excedeu o limite fisiológico do olho humano.
Esta não é uma simples "atualização de câmera", mas uma reconstrução de "como as máquinas veem o mundo" através da combinação de óptica e materiais.
I. O que é exatamente este "Olho Robótico"?
Este trabalho vem de uma equipe de uma universidade de engenharia de ponta nos Estados Unidos. O que eles criaram não é um "globo ocular eletrônico" com casca, mas um novo sistema de lentes biônicas macias, abreviado como PHySL (lente macia de hidrogel fotorresponsiva) em inglês, que se traduz literalmente como "lente macia de hidrogel fotorresponsiva".
Sua estrutura básica pode ser dividida da seguinte forma:
● Centro: Uma lente de polímero de silicone flexível, usada para completar a imagem básica;
● Anel externo: Um anel de hidrogel fotorresponsivo embutido com grafeno/óxido de grafeno, equivalente a um círculo de "músculos ciliares" artificiais;
● Geral: Totalmente macio e dobrável, sem lentes rígidas, motores ou parafusos.
O núcleo reside em: ele não depende de nenhum motor ou fontes de energia externas, mas usa a luz para se auto-aproximar.
II. Como ele completa o foco com "Luz"?
Câmeras tradicionais ou olhos humanos dependem de "músculos" mecânicos ou biológicos para focar.
Esta lente biônica segue um caminho completamente diferente: ela usa o efeito fototérmico e a mudança de volume dos materiais para fazer a lente "se mover" sozinha.
A lógica é muito clara:
1. O hidrogel externo é dopado com grafeno—o grafeno tem forte absorção de luz e pode converter energia luminosa em energia térmica.
2. Quando a luz incide sobre ele, a temperatura local aumenta—o hidrogel é sensível à temperatura e sofre expansão ou contração reversível quando aquecido.
3. A expansão/contração do hidrogel aperta a lente—isso é equivalente a um anel de "músculos acionados por luz" que exerce efeitos mecânicos na lente de silicone do meio.
4. A curvatura da lente muda, e a distância focal muda de acordo—à medida que a curvatura muda, a forma como a luz converge muda, e o ponto focal se move para frente e para trás para obter "zoom sem fio".
Em um sistema mais complexo, os pesquisadores embutiram esta lente macia em uma rede microfluídica de hidrogel, usando o mesmo feixe de luz para controlar tanto "imagem + comutação de canal de fluido" ao mesmo tempo, criando um protótipo de "câmera macia sem eletrônicos".
Isso significa que, em certos cenários, a câmera pode se livrar da eletricidade e de materiais duros e ser concluída apenas com luz e materiais macios.
III. Por que sua "Visão é Superior ao Olho Humano"?
Reportagens da mídia usaram uma declaração marcante: "Cientistas Criaram um Olho Robô com Visão Melhor do que Humanos".
Analisando, existem principalmente dois aspectos:
1. O poder de resolução excede o limite fisiológico do olho humano
Restrito pela estrutura física do olho humano e pela disposição da retina, o limite de resolução a olho nu é aproximadamente da ordem de 100 micrômetros. Para ver estruturas menores, são necessários microscópios.
Na verificação experimental, esta lente macia biônica pode:
● Resolver detalhes da ordem de cerca de 4 micrômetros;
● Imagem clara dos minúsculos pelos e microestruturas na perna de uma formiga.
Nas dimensões de "resolução" e "capacidade de imagem microscópica de curto alcance", ela excedeu o limite superior físico do olho humano nu.
2. A morfologia e a integrabilidade são diferentes da óptica tradicional
Comparada com lentes rígidas de vidro/plástico, esta lente macia possui várias características:
● Totalmente macia e pode ser formada integralmente com o corpo de robôs macios;
● Não precisa de motores, fios ou engrenagens, com uma estrutura extremamente simples;
● Depende apenas da luz e tem o potencial de "auto-suprimento de energia".
Em ambientes extremos onde os humanos não são adequados para entrar e as lentes tradicionais não são adequadas para serem colocadas (alta pressão, espaços estreitos, canais curvos, organismos vivos, etc.), a integrabilidade e a adaptabilidade desta lente macia são difíceis de serem alcançadas pelo olho humano e pelas lentes tradicionais.
Deve-se notar que o desempenho geral da "visão" humana é um resultado abrangente de "olhos + cérebro". No momento, a lente macia biônica mostra apenas vantagens no aspecto de "imagem óptica e foco", e não possui cognição visual avançada semelhante ao cérebro humano.
IV. Onde pode ser usado: de robôs macios à medicina minimamente invasiva
Este tipo de olho robótico biônico não foi projetado para adicionar uma linha extra de "parâmetros" aos telefones celulares, mas para fornecer uma base visual para um lote de novas formas.
Vários direcionamentos típicos podem ser vistos:
1. Robôs macios de busca e resgateRobôs macios que se movem por entulho precisam ter um corpo macio e ser capazes de ver detalhes claramente. Lentes duras tradicionais são difíceis de acompanhar a deformação do corpo, e este tipo de lente é naturalmente adequado.
2. Inspeção agrícola e industrialEla pode se aproximar de folhas de plantas, frutas, juntas de solda e microestruturas para imagens de alta resolução de curto alcance, ajudando a identificar manchas de doenças, rachaduras e defeitos.
3. Cirurgia minimamente invasiva e imagem endoscópicaLentes macias são integradas na extremidade frontal de cateteres flexíveis e endoscópios flexíveis para reduzir os danos aos tecidos causados por sondas rígidas e manter o foco automático em espaços estreitos.
4. Observação microscópica de amostras biológicasEla pode substituir parte das lentes objetivas do microscópio para criar módulos de imagem microscópica de baixo custo e dobráveis para detecção rápida no local.
5. Detecção em ambientes extremosEm ambientes de mar profundo, alta pressão e forte impacto, as lentes flexíveis são menos propensas a quebrar do que as lentes tradicionais e são mais adequadas para implantação a longo prazo.
De uma perspectiva lógica industrial, esta tecnologia abre um novo caminho de "front-ends visuais macios", em vez de simplesmente "atualizar câmeras de alta definição por uma geração".
V. A Combinação de Olhos Robóticos Biônicos e Reconhecimento de Íris
Em seguida, focaremos apenas em uma coisa: qual a importância prática deste tipo de olho robótico biônico para o reconhecimento de íris.
1. Um melhor "coletor front-end": fornecendo imagens mais limpas para reconhecimento de íris
O limite superior do reconhecimento de íris é amplamente determinado pela qualidade da imagem front-end:
● Se a textura é clara o suficiente;
● Se reflexão, oclusão e desfocagem são controláveis;
● Se a coleta estável pode ser alcançada em um estado não cooperativo.
Lentes biônicas flexíveis são diretamente úteis em três aspectos:
(1) Capacidade de alta resolução de curto alcanceA textura da íris em si é um recurso microestruturado. O poder de resolução em nível de micrômetro expande o espaço de extração de recursos e aumenta o volume de informações codificadas, o que pode teoricamente melhorar a capacidade de distinção e anti-falsificação.
(2) Foco flexível e postura adaptativaLentes macias podem focar dinamicamente através do controle do campo de luz e ainda garantir que a íris esteja no plano focal quando o objeto se move para frente e para trás ou tem uma postura instável. Isso significa que os requisitos para posição em pé, posição da cabeça e nível de cooperação podem ser reduzidos, o que é propício para a implantação em canais, cenários de fluxo de pedestres e cenários de interação com robôs.
(3) Adaptabilidade morfológicaOs módulos de íris tradicionais são "uma caixa" com posições de instalação limitadas. Lentes biônicas flexíveis podem:
● Ser embutidas em molduras de portas, paredes e na "face" de robôs;
● Ser integradas na extremidade frontal de dispositivos vestíveis (óculos, faixas de cabeça);
● Ajustar estruturas curvas e se misturar ao ambiente.
Para o reconhecimento de íris, isso significa que os pontos de coleta podem ser mais ocultos, naturais e diversos.
2. Movendo o reconhecimento de íris de "terminais fixos" para "terminais móveis" e "terminais flexíveis"
A maioria dos dispositivos tradicionais de reconhecimento de íris são:
● Catracas fixas;
● Dispositivos de mesa em frente a balcões/janelas;
● Certos terminais portáteis.
Com lentes biônicas flexíveis, novas formas de combinação podem surgir:
(1) Robôs de serviço maciosA extremidade frontal do robô é um "olho" biônico, que realiza navegação e percepção ambiental enquanto coleta imagens da íris ao se aproximar dos usuários, alcançando autenticação de identidade forte sem cartão e sem contato.
(2) Terminais de patrulha/aplicação da leiMódulos flexíveis são integrados em câmeras corporais de aplicação da lei, crachás de identificação, capacetes e outros equipamentos para concluir a verificação de identidade com um nível de segurança mais alto durante a interação natural humano-humano, em vez de exigir que a outra parte pare e se aproxime de um dispositivo fixo.
(3) Vinculação de identidade em cenários médicosLentes biônicas são integradas na extremidade frontal de endoscópios flexíveis, cateteres e equipamentos de inspeção para fotos da íris ao mesmo tempo, bloqueando o paciente exclusivo com identidade da íris durante todo o processo de cirurgia, inspeção e administração de medicamentos, reduzindo incompatibilidades e disputas médicas.
Essencialmente, os olhos robóticos biônicos transformam o reconhecimento de íris de "um dispositivo em um determinado ponto" em "uma capacidade no sistema", que pode ser embutida em qualquer front-end visual que exija autenticação de identidade forte.
3. Melhorando a robustez do reconhecimento em ambientes complexos
O reconhecimento de íris geralmente encontra vários problemas na implementação de engenharia:
● Ambientes externos com brilho e retroiluminação;
● Óculos, reflexão e oclusão parcial;
● Grande movimento do usuário e mudanças de postura.
Lentes biônicas flexíveis são projetadas para deformação e ambientes complexos, e suas características materiais e estruturais podem ser usadas para:
● Organizar a luz de preenchimento e os ângulos de imagem de forma mais flexível para reduzir a reflexão dos óculos e os destaques da córnea;
● Em plataformas de movimento, como robôs, amortecer o impacto do desfoque de movimento através do zoom adaptativo;
● Ajustar rapidamente o caminho óptico sob diferentes condições de iluminação através da própria luz para obter uma qualidade de imagem da íris relativamente estável.
Essas capacidades serão diretamente retroalimentadas para:
● Taxa de sucesso do reconhecimento;
● Experiência do usuário ("passar em pé por um momento" em vez de ajustar a postura para frente e para trás);
● Faixa de ambiente utilizável (interno, semi-externo, móvel).
Resumo
Olhos robóticos biônicos resolvem o problema de "ver e ver claramente", enquanto o reconhecimento de íris resolve o problema de "reconhecer com precisão e vincular firmemente".
Quando os dois são combinados, o reconhecimento de íris ganha novas entradas front-end e cenários de aplicação mais amplos.
