适用于陆地和水生环境的受螃蟹启发的人工视觉系统

为了有效地在现实世界环境中导航，机器人通常会分析集成在其体内的成像设备收集的图像。为了提高机器人的性能，工程师们一直在尝试开发不同类型的高性能相机、传感器和人工视觉系统。

迄今为止开发的许多人工视觉系统都从人类、动物、昆虫和鱼类的眼睛中汲取灵感。这些系统具有不同的特性和特性，具体取决于它们设计运行的环境。

大多数现有的传感器和照相机被设计为在地面(即，陆地环境)或水中(即，水生环境)工作。另一方面，可以在陆地和水生环境中运行的仿生人工视觉系统仍然稀缺。

基础科学研究所(IBS)、首尔国立大学、光州科学研究所、马萨诸塞理工学院(MIT)和技术学院以及德克萨斯大学奥斯汀分校的研究人员最近创建了一种受螃蟹启发的新视觉系统，该系统可以工作在地面和水中。这一两栖系统发表在NatureElectronics上的一篇论文中，使机器人能够获得周围环境的360°全景视图，从而能够更有效地检测障碍物并在环境中导航。

“以前关于广视野(FoV)相机的工作(包括我们小组的研究)总是小于180°，这对于'完整'的全景视觉来说是不够的，而且它们不适合不断变化的外部环境，”Young进行这项研究的研究人员之一宋敏告诉TechXplore。“我们想开发一款360°FoV相机，可以在空气和水中成像。”

这组研究人员开发的人工视觉系统从招潮蟹的眼睛中汲取灵感。这种独特的物种，也被称为螃蟹，无需移动眼睛和身体即可获得周围环境的全景。为了人工复制招潮蟹的眼睛，Min和他的同事们使用了一个平面相机镜头。

“如果你使用具有曲率的传统镜头进行成像，当你将镜头浸入水中时，它的焦点会发生变化，”宋解释道。“另一方面，如果你使用平面镜头，无论环境条件如何，你都可以看到清晰的图像。生活在潮间带地区的招潮蟹的镜头就是这种平面，我们只是模仿了这只螃蟹——眼镜。”

为了创建他们复杂的视觉系统，研究人员在球形结构上集成了一组具有渐变折射率的平面微透镜和一组灵活的梳状硅光电二极管。他们使用的微透镜可以保持其焦距，而不受空气和水之间的外部折射率变化的影响。

“据我们所知，这是第一次在全球范围内展示两栖和全景视觉系统，”宋说。“我们的视觉系统可以为360°全向摄像头在虚拟或增强现实或自动驾驶汽车的全天候视觉应用中铺平道路。”

考虑到陆地和水环境的特征，宋和他的同事在一系列光学模拟和成像演示中测试了他们的系统。到目前为止，他们发现它取得了非常有希望的结果，因此很快就可以在几种不同的混合动力和两栖机器人上进行测试和实施。

“在我们接下来的研究中，我们将进行进一步的工程设计，以实现更高的分辨率和卓越的成像性能，”宋补充道。“此外，我们仍然有兴趣开发一种具有独特成像功能的新型相机，灵感来自其他动物的眼睛。”

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