ครั้งแรกที่มนุษย์คิดอย่างจริงจังเกี่ยวกับ "ดวงตาของเครื่องจักร" ไม่ได้อยู่ในห้องทดลอง แต่เป็นในงานนิยายวิทยาศาสตร์
ปัจจุบัน "ดวงตาหุ่นยนต์ไบโอนิค" อย่างแท้จริงได้ย้ายจากกระดาษไปสู่ต้นแบบจริง โดยใช้เลนส์ที่ทำจากวัสดุอ่อนนุ่มและให้แสงในตัวเองเป็น "พลังงาน" สามารถมองเห็นขนเล็กๆ บนขามดในระดับจุลภาค และพลังในการแก้ไขของมันก็เกินขีดจำกัดทางสรีรวิทยาของดวงตามนุษย์
นี่ไม่ใช่ "การอัพเกรดกล้อง" ง่ายๆ แต่เป็นการสร้าง "วิธีที่เครื่องจักรมองเห็นโลก" ขึ้นมาใหม่ผ่านการผสมผสานระหว่างเลนส์และวัสดุ
I. "ตาหุ่นยนต์" นี้คืออะไรกันแน่?
งานนี้มาจากทีมงานจากมหาวิทยาลัยวิศวกรรมศาสตร์ชั้นนำในประเทศสหรัฐอเมริกา สิ่งที่พวกเขาสร้างขึ้นไม่ใช่ "ลูกตาอิเล็กทรอนิกส์" แบบมีเปลือก แต่เป็นระบบเลนส์ไบโอนิคแบบอ่อนใหม่ล่าสุด ซึ่งมีชื่อย่อว่า PHySL (เลนส์อ่อนไฮโดรเจลที่ตอบสนองต่อแสง) ในภาษาอังกฤษ ซึ่งแปลตามตัวอักษรว่า "เลนส์อ่อนไฮโดรเจลที่ตอบสนองต่อแสง"
โครงสร้างพื้นฐานสามารถแบ่งได้ดังนี้:
● ตรงกลาง: เลนส์ซิลิโคนโพลีเมอร์ยืดหยุ่น ใช้สำหรับการถ่ายภาพขั้นพื้นฐาน
● วงแหวนรอบนอก: วงแหวนไฮโดรเจลที่ตอบสนองต่อแสงซึ่งฝังอยู่กับกราฟีน/กราฟีนออกไซด์ เทียบเท่ากับวงกลมของ "กล้ามเนื้อปรับเลนส์" เทียม
● โดยรวม: มีความนุ่มและโค้งงอได้ โดยไม่ต้องใช้เลนส์ มอเตอร์ หรือสกรูที่แข็งแรง
แกนกลางอยู่ที่: มันไม่ได้อาศัยมอเตอร์หรือแหล่งพลังงานภายนอกใดๆ แต่ใช้แสงเพื่อขับเคลื่อนตัวเองเพื่อซูม
ครั้งที่สอง การโฟกัสด้วย "แสง" สมบูรณ์ได้อย่างไร?
กล้องแบบดั้งเดิมหรือดวงตาของมนุษย์อาศัย "กล้ามเนื้อ" เชิงกลหรือทางชีวภาพในการโฟกัส
เลนส์ไบโอนิคนี้มีเส้นทางที่แตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิง โดยใช้เอฟเฟกต์ความร้อนจากแสงและการเปลี่ยนแปลงปริมาตรของวัสดุเพื่อทำให้เลนส์ "เคลื่อนที่" ด้วยตัวมันเอง
ตรรกะชัดเจนมาก:
1. ไฮโดรเจลด้านนอกเจือด้วยกราฟีน โดยกราฟีนมีการดูดซับแสงได้สูง และสามารถเปลี่ยนพลังงานแสงเป็นพลังงานความร้อนได้
2. เมื่อมีแสงส่องกระทบ อุณหภูมิในท้องถิ่นจะสูงขึ้น ไฮโดรเจลจะไวต่ออุณหภูมิและเกิดการขยายตัวหรือหดตัวเมื่อถูกความร้อน
3. การขยายตัว/การหดตัวของไฮโดรเจลบีบเลนส์ ซึ่งเทียบเท่ากับวงแหวนของ "กล้ามเนื้อที่ขับเคลื่อนด้วยแสง" ซึ่งส่งผลกระทบทางกลต่อเลนส์ซิลิโคนตรงกลาง
4. ความโค้งของเลนส์เปลี่ยนไป และทางยาวโฟกัสก็เปลี่ยนไปตามนั้น เมื่อความโค้งเปลี่ยนแปลง วิธีที่แสงมาบรรจบกันเปลี่ยนไป และจุดโฟกัสจะเคลื่อนไปมาเพื่อให้ได้ "การซูมแบบไร้สาย"
ในระบบที่ซับซ้อนมากขึ้น นักวิจัยได้ฝังเลนส์อ่อนนี้ลงในเครือข่ายไมโครฟลูอิดิกไฮโดรเจล โดยใช้ลำแสงเดียวกันเพื่อควบคุมทั้ง "การสลับช่องสัญญาณภาพ + ของเหลว" ในเวลาเดียวกัน ทำให้เกิดต้นแบบ "กล้องซอฟต์แบบไม่ใช้อิเล็กทรอนิกส์"
ซึ่งหมายความว่าในบางสถานการณ์ กล้องสามารถกำจัดไฟฟ้าและวัสดุแข็ง และจะใช้เฉพาะวัสดุที่เบาและอ่อนเท่านั้น
ที่สาม เหตุใด "การมองเห็นจึงเหนือกว่าสายตามนุษย์"?
รายงานของสื่อใช้ข้อความที่โดดเด่น: "นักวิทยาศาสตร์ได้สร้างหุ่นยนต์ตาที่มีสายตาดีกว่ามนุษย์"
แบ่งออกได้เป็น 2 ประเด็นใหญ่ๆ คือ
1. พลังในการแก้ไขเกินขีดจำกัดทางสรีรวิทยาของดวงตามนุษย์
เนื่องจากโครงสร้างทางกายภาพของดวงตามนุษย์และการจัดเรียงของเรตินาจำกัด ความละเอียดของตาเปล่าจึงอยู่ที่ประมาณ 100 ไมโครเมตร หากต้องการดูโครงสร้างที่เล็กลง จำเป็นต้องใช้กล้องจุลทรรศน์
ในการตรวจสอบเชิงทดลอง เลนส์อ่อนไบโอนิคนี้สามารถ:
● แก้ไขรายละเอียดตามลำดับประมาณ 4 ไมโครเมตร
● วาดภาพขนเล็กๆ และโครงสร้างจุลภาคบนขามดให้ชัดเจน
ในมิติของ "ความละเอียด" และ "ความสามารถในการถ่ายภาพด้วยกล้องจุลทรรศน์ระยะใกล้" นั้นเกินขีดจำกัดสูงสุดทางกายภาพของการมองเห็นด้วยตาเปล่าของมนุษย์
2. สัณฐานวิทยาและความสามารถในการบูรณาการนั้นแตกต่างจากเลนส์แบบดั้งเดิม
เมื่อเปรียบเทียบกับเลนส์แก้ว/พลาสติกที่มีความแข็ง เลนส์อ่อนนี้มีลักษณะหลายประการ:
● อ่อนนุ่มเต็มที่และสามารถประกอบเข้ากับตัวหุ่นยนต์แบบอ่อนได้
● ไม่ต้องใช้มอเตอร์ สายไฟ หรือเกียร์ ด้วยโครงสร้างที่เรียบง่ายมาก
● อาศัยการขับเคลื่อนเพียงเล็กน้อยและมีศักยภาพในการ "จ่ายพลังงานได้เอง"
ในสภาพแวดล้อมที่รุนแรงซึ่งมนุษย์ไม่เหมาะที่จะเข้าไปและเลนส์แบบเดิมไม่เหมาะที่จะวาง (แรงดันสูง พื้นที่แคบ ช่องโค้ง สิ่งมีชีวิต ฯลฯ) ความสามารถในการบูรณาการและการปรับตัวของเลนส์แบบอ่อนนี้เป็นเรื่องยากสำหรับสายตามนุษย์และเลนส์แบบดั้งเดิมที่จะบรรลุ
ควรสังเกตว่าประสิทธิภาพโดยรวมของ "การมองเห็น" ของมนุษย์นั้นเป็นผลจาก "ตา + สมอง" ที่ครอบคลุม ปัจจุบัน เลนส์ซอฟต์ไบโอนิคแสดงเฉพาะข้อดีในด้าน "การถ่ายภาพและการโฟกัสด้วยแสง" เท่านั้น และไม่มีการรับรู้ภาพขั้นสูงคล้ายกับสมองของมนุษย์
IV. นำไปใช้ได้ที่ไหน: จากซอฟต์โรบ็อตไปจนถึงการแพทย์ที่มีการบุกรุกน้อยที่สุด
ดวงตาหุ่นยนต์ไบโอนิคประเภทนี้ไม่ได้ออกแบบมาเพื่อเพิ่ม "พารามิเตอร์" เพิ่มเติมให้กับโทรศัพท์มือถือ แต่เพื่อให้เป็นรากฐานการมองเห็นสำหรับรูปแบบใหม่ๆ จำนวนมาก
คุณสามารถดูทิศทางทั่วไปได้หลายประการ:
1. หุ่นยนต์ค้นหาและช่วยเหลือแบบนุ่มนวล หุ่นยนต์แบบอ่อนที่เคลื่อนที่ผ่านเศษหินจะต้องมีร่างกายที่อ่อนนุ่มและสามารถดูรายละเอียดได้ชัดเจน เลนส์แข็งแบบดั้งเดิมนั้นยากต่อการเสียรูปของร่างกาย และเลนส์ประเภทนี้ก็เหมาะอย่างยิ่งตามธรรมชาติ
2. การตรวจสอบทางการเกษตรและอุตสาหกรรม สามารถเข้าใกล้ใบพืช ผลไม้ ข้อต่อประสาน และโครงสร้างจุลภาค เพื่อการถ่ายภาพระยะใกล้ที่มีความละเอียดสูง ช่วยระบุจุดของโรค รอยแตก และข้อบกพร่อง
3. การผ่าตัดที่มีการบุกรุกน้อยที่สุดและการถ่ายภาพด้วยการส่องกล้อง เลนส์ซอฟท์ถูกรวมไว้ที่ส่วนหน้าของสายสวนที่ยืดหยุ่นและกล้องเอนโดสโคปที่ยืดหยุ่น เพื่อลดความเสียหายของเนื้อเยื่อที่เกิดจากโพรบที่แข็งแรง และรักษาการโฟกัสอัตโนมัติในพื้นที่แคบ
4. การสังเกตตัวอย่างทางชีววิทยาด้วยกล้องจุลทรรศน์ สามารถเปลี่ยนเลนส์ใกล้วัตถุของกล้องจุลทรรศน์บางส่วนเพื่อสร้างโมดูลการถ่ายภาพด้วยกล้องจุลทรรศน์ที่มีต้นทุนต่ำและโค้งงอได้สำหรับการตรวจจับอย่างรวดเร็วในสถานที่
5. การตรวจจับสภาพแวดล้อมที่รุนแรง ในทะเลลึก แรงดันสูง และสภาพแวดล้อมที่มีแรงกระแทกสูง เลนส์ที่ยืดหยุ่นมีโอกาสแตกหักน้อยกว่าเลนส์ทั่วไป และเหมาะสำหรับการใช้งานในระยะยาวมากกว่า
จากมุมมองของลอจิกทางอุตสาหกรรม เทคโนโลยีนี้เปิดเส้นทางใหม่ของ "ส่วนหน้าแบบภาพนุ่มนวล" แทนที่จะเป็นเพียง "การอัพเกรดกล้องความละเอียดสูงในรุ่นเดียว"
V. การผสมผสานระหว่างดวงตาหุ่นยนต์ไบโอนิคและการจดจำม่านตา
ต่อไป เราจะมุ่งเน้นไปที่สิ่งเดียวเท่านั้น ดวงตาหุ่นยนต์ไบโอนิคชนิดนี้มีความสำคัญในทางปฏิบัติอย่างไรในการจดจำม่านตา
1. "ตัวรวบรวมส่วนหน้า" ที่ดีกว่า: ให้ภาพที่สะอาดขึ้นเพื่อการจดจำม่านตา
ขีดจำกัดสูงสุดของการจดจำม่านตานั้นขึ้นอยู่กับคุณภาพของการถ่ายภาพส่วนหน้าเป็นส่วนใหญ่:
● พื้นผิวมีความชัดเจนเพียงพอหรือไม่
● สามารถควบคุมการสะท้อน การบดบัง และการพร่ามัวได้หรือไม่
● การรวบรวมที่มั่นคงสามารถทำได้ในสภาวะที่ให้ความร่วมมือหรือไม่
เลนส์ไบโอนิคที่มีความยืดหยุ่นมีประโยชน์โดยตรงในสามด้าน:
(1) ความสามารถที่มีความละเอียดสูงในระยะใกล้ พื้นผิวของไอริสนั้นเป็นคุณสมบัติที่มีโครงสร้างจุลภาค กำลังการแยกส่วนระดับไมโครมิเตอร์จะขยายพื้นที่การแยกคุณลักษณะและเพิ่มปริมาณข้อมูลที่เข้ารหัส ซึ่งในทางทฤษฎีสามารถปรับปรุงความสามารถในการแยกแยะและป้องกันการปลอมแปลงได้
(2) การโฟกัสที่ยืดหยุ่นและท่าทางที่ปรับเปลี่ยนได้ เลนส์แบบอ่อนสามารถโฟกัสแบบไดนามิกผ่านการควบคุมสนามแสง และยังคงให้แน่ใจว่าม่านตาอยู่บนระนาบโฟกัสเมื่อวัตถุเคลื่อนที่ไปมา หรือมีท่าทางที่ไม่มั่นคง ซึ่งหมายความว่าสามารถลดข้อกำหนดสำหรับตำแหน่งการยืน ตำแหน่งศีรษะ และระดับความร่วมมือได้ ซึ่งเอื้อต่อการใช้งานในช่องแคบ สถานการณ์การไหลของคนเดินเท้า และสถานการณ์ปฏิสัมพันธ์ของหุ่นยนต์
(3) ความสามารถในการปรับตัวทางสัณฐานวิทยา โมดูลม่านตาแบบดั้งเดิมถือเป็น "กล่อง" ที่มีตำแหน่งการติดตั้งที่จำกัด เลนส์ไบโอนิคที่ยืดหยุ่นสามารถ:
● ฝังอยู่ในกรอบประตู ผนัง และ "ใบหน้า" ของหุ่นยนต์
● รวมเข้ากับส่วนหน้าของอุปกรณ์สวมใส่ได้ (แว่นตา ที่คาดผม)
● ติดตั้งโครงสร้างโค้งให้พอดีและกลมกลืนกับสภาพแวดล้อม
สำหรับการจดจำม่านตา นั่นหมายความว่าจุดรวบรวมสามารถซ่อนเร้น เป็นธรรมชาติ และมีความหลากหลายได้มากขึ้น
2. การย้ายการรับรู้ม่านตาจาก "เทอร์มินัลแบบคงที่" ไปยัง "เทอร์มินัลแบบเคลื่อนที่" และ "เทอร์มินัลแบบยืดหยุ่น"
อุปกรณ์จดจำม่านตาแบบดั้งเดิมส่วนใหญ่ได้แก่:
● ประตูหมุนคงที่
● อุปกรณ์เดสก์ท็อปอยู่หน้าเคาน์เตอร์/หน้าต่าง
● เทอร์มินัลมือถือบางรุ่น
ด้วยเลนส์ไบโอนิคที่มีความยืดหยุ่น รูปแบบการผสมผสานใหม่ๆ จึงสามารถเกิดขึ้นได้:
(1) หุ่นยนต์บริการแบบนุ่มนวลส่วนหน้าของหุ่นยนต์คือ "ตา" แบบไบโอนิค ซึ่งทำหน้าที่นำทางและรับรู้สภาพแวดล้อมในขณะที่รวบรวมภาพม่านตาเมื่อเข้าหาผู้ใช้ ทำให้สามารถยืนยันตัวตนที่แข็งแกร่งโดยไม่ต้องใช้การ์ดและไร้การสัมผัส
(2) สถานีตรวจตรา/สถานีบังคับใช้กฎหมาย โมดูลที่ยืดหยุ่นได้รวมอยู่ในกล้องติดตัวของหน่วยงานบังคับใช้กฎหมาย ป้าย ID หมวกกันน็อค และอุปกรณ์อื่นๆ เพื่อทำการตรวจสอบตัวตนให้เสร็จสมบูรณ์ด้วยระดับความปลอดภัยที่สูงขึ้นในระหว่างการมีปฏิสัมพันธ์ระหว่างมนุษย์กับมนุษย์ตามธรรมชาติ แทนที่จะต้องการให้อีกฝ่ายหยุดและเข้าใกล้อุปกรณ์ที่อยู่กับที่
(3) การผูกข้อมูลระบุตัวตนในสถานการณ์ทางการแพทย์ เลนส์ไบโอนิคถูกรวมไว้ที่ส่วนหน้าของกล้องเอนโดสโคป สายสวน และอุปกรณ์ตรวจสอบที่ยืดหยุ่นสำหรับการถ่ายภาพม่านตาในเวลาเดียวกัน ช่วยล็อคผู้ป่วยเฉพาะรายด้วยเอกลักษณ์ของม่านตาในระหว่างกระบวนการทั้งหมดของการผ่าตัด การตรวจสอบ และการให้ยา ช่วยลดความไม่ตรงกันและข้อพิพาททางการแพทย์
โดยพื้นฐานแล้ว ดวงตาหุ่นยนต์ไบโอนิคจะเปลี่ยนการรับรู้ม่านตาจาก "อุปกรณ์ ณ จุดหนึ่ง" ให้เป็น "ความสามารถในระบบ" ซึ่งสามารถฝังลงในส่วนหน้าแบบมองเห็นใดๆ ที่ต้องมีการตรวจสอบตัวตนที่รัดกุม
3. การปรับปรุงความทนทานในการจดจำในสภาพแวดล้อมที่ซับซ้อน
การจดจำม่านตามักประสบปัญหาหลายประการในการใช้งานทางวิศวกรรม:
● สภาพแวดล้อมที่มีแสงจ้าและย้อนแสงกลางแจ้ง
● แว่นตา การสะท้อน และการบดเคี้ยวบางส่วน
● การเคลื่อนไหวและท่าทางของผู้ใช้จำนวนมากเปลี่ยนแปลงไป
เลนส์ไบโอนิคแบบยืดหยุ่นได้รับการออกแบบมาเพื่อการเปลี่ยนรูปและสภาพแวดล้อมที่ซับซ้อน และวัสดุและคุณลักษณะทางโครงสร้างของเลนส์สามารถใช้เพื่อ:
● จัดเรียงแสงเติมและมุมการถ่ายภาพให้ยืดหยุ่นมากขึ้นเพื่อลดการสะท้อนของแว่นตาและส่วนที่เป็นกระจกตา
● บนแพลตฟอร์มการเคลื่อนไหว เช่น หุ่นยนต์ ให้บัฟเฟอร์ผลกระทบของภาพเบลอจากการเคลื่อนไหวผ่านการซูมแบบปรับได้
● ปรับเส้นทางแสงอย่างรวดเร็วภายใต้สภาพแสงที่แตกต่างกันผ่านไดรฟ์แสงเพื่อให้ได้คุณภาพการถ่ายภาพม่านตาที่ค่อนข้างคงที่
ความสามารถเหล่านี้จะป้อนกลับไปยัง:
● อัตราความสำเร็จในการรับรู้;
● ประสบการณ์ผู้ใช้ ("ผ่านการยืนสักครู่" แทนที่จะปรับอิริยาบถไปมา)
● ช่วงสภาพแวดล้อมที่ใช้งานได้ (ในร่ม กึ่งกลางแจ้ง มือถือ)
สรุป
ดวงตาหุ่นยนต์ไบโอนิคแก้ปัญหา "การมองเห็นและการมองเห็นได้ชัดเจน" ในขณะที่การจดจำม่านตาช่วยแก้ปัญหา "การรับรู้ได้อย่างแม่นยำและผูกพันอย่างมั่นคง"
เมื่อทั้งสองอย่างรวมกัน การจดจำม่านตาจะได้รับส่วนหน้าใหม่และสถานการณ์การใช้งานที่กว้างขึ้น
