ساخت دوربین سه‌بعدی کم‌مصرف با الهام از چشم عنکبوت

به گزار ش خبرگزاری صدا و سیما ، به نقل از نیواطلس، یک دوربین سه‌بعدی جدید که از چشم‌های عنکبوت‌های جهنده الهام گرفته است، می‌تواند در نسل آینده فناوری‌های پوشیدنی باتری‌محور، ابزار‌های کمکی، ربات‌ها و پهپاد‌ها به کار گرفته شود. این فناوری به گفته پژوهشگران «انرژی کمتری از یک چراغ خواب» مصرف می‌کند.

این نمونه اولیه که اسپایدر کم یا دوربین عنکبوتی (SpiderCam) نام دارد و توسط پژوهشگران دانشگاه نورث وسترن توسعه یافته است، شیوه‌ای را تقلید می‌کند که عنکبوت‌های جهنده به کمک آن پیش از انجام یک پرش ناگهانی به سمت شکار یا برای فرار از شکارچیان، فاصله‌ها را تخمین می‌زنند.

اما الکساندر (Emma Alexander)، استادیار دانشگاه نورث‌وسترن، نویسنده مسئول این مطالعه و متخصص بینایی رایانه‌ای الهام‌گرفته از طبیعت، گفت: عنکبوت‌های جهنده برای شکار، فرار از شکارچیان و جابه‌جایی نیاز به پرش دارند و این موضوع مستلزم برخورداری از بینایی بسیار دقیق است.

بیشتر دوربین‌های سه‌بعدی متداول برای برآورد عمق، تصاویر را از زوایای مختلف ثبت می‌کنند و سپس یا با مقایسه این تصاویر و یا با تاباندن نور و اندازه‌گیری بازتاب آن، فاصله را محاسبه می‌کنند. این روش‌ها به توان پردازشی بالا، سخت‌افزار گران‌قیمت و مصرف انرژی قابل‌توجه نیاز دارند.

چشم انسان تنها یک شبکیه در هر چشم دارد، اما عنکبوت‌های جهنده در هر چشم چندین لایه شبکیه دارند که هر یک می‌توانند روی فاصله‌ای متفاوت فوکوس کنند. در نتیجه ممکن است یک لایه، جسمی را کاملا واضح ببیند، در حالی که همان جسم در لایه‌ای دیگر اندکی خارج از فوکوس دیده شود.

به گفته الکساندر ، آنها همواره چندین سطح فوکوس را به‌طور هم‌زمان مشاهده می‌کنند؛ بنابراین همیشه جفت‌هایی از تصاویر را جمع‌آوری می‌کنند و سپس مغزشان می‌تواند با مقایسه تفاوت میزان وضوح این تصاویر، فاصله را تشخیص دهد.

چشمان عنکبوت الهام‌بخش کم‌مصرف‌ترین دوربین جهان

وی افزود: اما مغز آنها بسیار کوچک است؛ بنابراین باید این محاسبات را به شکلی فوق‌العاده کارآمد انجام دهند. ما می‌خواستیم بررسی کنیم آیا می‌توان از همین اصول برای ساخت یک حسگر تشخیص عمق بسیار کم‌مصرف استفاده کرد یا خیر؛ حسگری که در شرایطی با منابع انرژی محدود قابل استفاده باشد.

دوربین اسپایدر کم نیز به شیوه‌ای مشابه عمل می‌کند. این سامانه از یک دوربین سفارشی بهره می‌برد که به طور هم‌زمان دو تصویر با تفاوت بسیار جزئی در تنظیمات فوکوس ثبت می‌کند. به جای اجرای نرم‌افزار‌های سنگین روی پردازنده‌های معمولی، پژوهشگران یک الگوریتم اختصاصی را مستقیما در یک تراشه رایانه‌ای ویژه و بهینه‌شده برای پردازش کم‌مصرف پیاده‌سازی کرده‌اند.

نمونه اولیه این تراشه قادر است نقشه‌های عمق را با سرعت ۳۲٫۵ فریم بر ثانیه پردازش کند، در حالی که تنها ۶۲۴ میلی‌وات توان مصرف می‌کند. پژوهشگران ادعا می‌کنند اسپایدر کم نخستین دوربین سه‌بعدی است که با مصرف کمتر از یک وات کار می‌کند.

این الگوریتم اختصاصی سپس تفاوت وضوح لبه‌ها و بافت‌ها در دو تصویر را تحلیل کرده و داده‌ها را به‌صورت لحظه‌ای به اطلاعات عمق تبدیل می‌کند.

پژوهشگران قصد دارند؛ در مراحل بعدی، سامانه اپتیکی اسپایدر کم را بهبود دهند، میدان دید آن را افزایش دهند، این فناوری را در دستگاه‌های پوشیدنی و ربات‌های کوچک ادغام کنند و همچنین تراشه اختصاصی آن را بازطراحی کنند تا مصرف انرژی از این هم کمتر شود.

البته این نخستین فناوری تشخیص عمق الهام‌گرفته از عنکبوت‌های جهنده نیست. پیش از این نیز دانشمندان دانشگاه هاروارد سامانه‌ای مشابه را توسعه داده بودند.