Mắt ruồi có thể giúp tăng cường thị lực robot

Robot có thể tận dụng hệ thống thị giác của ruồi để định vị phần rìa và biên giới của các vật thể tốt hơn. Khả năng này có thể giúp robot thực hiện nhiều nhiệm vụ nhanh chóng hơn và chính xác hơn so với việc sử dụng bộ cảm biến truyền thống.

Các nhà nghiên cứu thuộc Naval Air Warfare Center, China Lake, California và ĐH Wyoming đã phát triển bộ cảm ứng thị giác sợi lấy cảm hứng từ mắt kép của loài ruồi phổ biến, Musca domestica. Một trong những ích lợi lớn nhất của thiết kế này là nó có thể nhanh chóng định vị được rìa và biên của hình ảnh. Máy móc như động cơ không người lái, tên lửa điều khiển và robot thám hiểm công nghiệp tốc độ cao có thể tận dụng khả năng này để định vị những vật thể nhỏ di chuyển với độ chính xác cao.

Trên ấn bản gần đây của tờ Bioinspiration & Biomimetics, nghiên cứu viên D. Riley giải thích làm cách nào hệ thống tầm nhìn của ruồi được dành cho việc xác định những vật thể nhỏ với độ chính xác cao một cách độc đáo. Thực chất, ruồi sở hữu sự chính xác thị giác trên hạn mức phân giải – một đặc điểm tên hyperacuity. Đặc điểm này thực ra phổ biến ở nhiều loài động vật, kể cả con người.

Các nhà nghiên cứu phát biểu với PhysOrg.com “Loài ruồi có những khả năng theo dấu đáng kể. Về mặt hệ thống, ruồi có khoảng thời gian phản ứng rất nhanh… Chúng có thể phản ứng và theo dấu tốt hơn nhiều so với loài người không qua huấn luyện. Tuy nhiên, tôi ngờ rằng chất lượng phần còn lại của hệ thống thị giác ruồi khó có thể sánh được”. Nhìn chung, họ cho biết thêm, tầm nhìn của côn trùng (và công nghệ cảm ứng lấy cảm hứng từ nó) vẫn còn thấp hơn nhiều so với của con người, có lẽ sẽ luôn luôn là như thế.

Mỗi mắt chứa khoảng 3.000 mắt con – đơn vị cấu trúc chính của mắt – và mỗi mắt con chứa 8 tế bào nhận kích thích ánh sáng. (Ảnh: photo.net)

Các nhà nghiên cứu giải thích rằng yếu tố thuộc hệ thống thị giác của ruồi còn thú vị hơn việc tầm nhìn của mỗi tế bào nhận kích thích ánh sáng trong mắt ruồi chồng chéo lên tầm nhìn kế bên nó, với tỉ lệ lên đến 90%. Mỗi mắt chứa khoảng 3.000 mắt con – đơn vị cấu trúc chính của mắt – và mỗi mắt con chứa 8 tế bào nhận kích thích ánh sáng. Chức năng chính của tế bào nhận kích thích ánh sáng là chuyển ánh sáng thành dòng ion, dòng này sau đó đi vào hệ thống xử lý của ruồi.

Không như hệ thống xử lý hình ảnh phổ biến sử dụng kỹ thuật số, hệ thống của ruồi là tỷ biến. Hệ thống kỹ thuật số nhận dữ liệu theo pixel và nhìn chung thường đòi hỏi quá trình xử lý tốn thời gian, tốn kém. Hệ thống tỷ biến giúp ruồi trích xuất phần rìa của thông tin nhanh chóng hơn nhiều, và cũng cho phép xử lý song song. Cả hai đặc điểm này góp phần khiến cho hệ thống thị giác của ruồi chính xác và tốc độ cao.

Các nhà nghiên cứu thiết kế bộ cảm ứng bắt chước tế bào nhận kích thích ánh sáng chồng chéo của ruồi và hệ thống xử lý tỷ biến song song. Bộ cảm ứng bao gồm các ống kính cầu đường kính 1mm tập trung ánh sáng lên một dãy các cơ quan nhận kích thích ánh sáng, có tầm nhìn chồng chéo nhau khoảng 70%. Trong thí nghiệm, bộ cảm ứng có thể định vị một sợi dây 1mm khi dây được di chuyển ngang tầm nhìn cách ống kính khoảng 200 mm, với lỗi tối thiểu.

Một hệ thống phân giải cao như thế có thể ứng dụng vào nhiều lĩnh vực như y tế, thương mại, công nghiệp và quốc phòng. Các nhà nghiên cứu hiện đang chế tạo một bộ cảm ứng bao gồm 7 mắt con với 7 cơ quan nhận kích thích ánh sáng và hy vọng có thể mở rộng thiết kế theo quy mô và độ chính xác.

“Chúng tôi hình dung bộ cảm ứng này là sự hỗ trợ cho các bộ cảm ứng ảnh truyền thống trong phần lớn các ứng dụng, không phải là vật thay thế. Vì Musca domestica có cả hai mắt kép và mắt chụp ảnh rất đơn giản, nhiều nhiệm vụ quan sát trên máy tính và robot có thể tận dụng cả hai loại cảm ứng này.”