Вспышка света — и дрон ослеп. Его спасёт зрачок из металла, который сужается за миллисекунды

Роботы и беспилотники уверенно ориентируются на дорогах и в воздухе, пока освещение остаётся стабильным. Проблемы начинаются в моменты резких переходов света. Камера автомобиля, въезжающего в тёмный тоннель, должна максимально открыться, чтобы уловить слабое освещение. Через несколько секунд машина выезжает на яркое солнце, и тот же объектив получает поток света, который буквально ослепляет датчики. Человеческий глаз решает такую задачу автоматически, мгновенно меняя размер зрачка. Обычные камеры на такую гибкость не способны.

Группа исследователей предложила приблизить машинное зрение к биологическому. И изобрели систему, которая воспроизводит сразу несколько механизмов работы глаза и позволяет камере самостоятельно реагировать на изменение освещённости.

Большинство камер используют плоский сенсор. Биологический глаз устроен иначе: сетчатка имеет форму полусферы, благодаря чему свет падает на поверхность более равномерно и поле зрения расширяется. Исследовательская команда создала похожую структуру — полусферический массив датчиков, который играет роль искусственной сетчатки. Такая конструкция уменьшает пространственные искажения и позволяет системе охватывать гораздо более широкий участок окружающей сцены.

Материал искусственной сетчатки чувствителен к широкому диапазону излучения. Сенсор реагирует не только на видимый свет, но и на ультрафиолетовые и инфракрасные длины волн. Расширенный спектр даёт технологии больше информации о происходящем вокруг. Далее ученые озаботились передачей сигналов. В живом глазу свет, попадая на сетчатку, вызывает нервные импульсы, которые отправляются в мозг. Инженеры воспроизвели подобный принцип при помощи жидкого металла EGaIn. Металл помещён в тонкий канал, заполненный раствором, напоминающим солёную воду.

Когда свет достигает сенсоров, возникает электрический ток. Ток заставляет жидкий металл перемещаться внутри канала. При каждом соприкосновении с электродом цепь замыкается и формируется электрический импульс. Импульсы направляются к отдельному компоненту — искусственному зрачку, который также содержит жидкий металл. Частота сигналов зависит от освещённости. При ярком свете импульсы появляются чаще. Жидкий металл начинает растекаться и перекрывает большую часть отверстия объектива, уменьшая поток света. При слабом освещении импульсы редеют, металл отступает, и отверстие снова расширяется.

Жидкое состояние металла позволяет системе менять форму зрачка. Отверстие может оставаться круглым или принимать вытянутую форму, напоминающую вертикальный зрачок кошки. Такая пластичность, по словам авторов, позволяет воспроизводить автоматические реакции, характерные для разных видов животных.

Испытания показали заметную разницу в работе системы. При фиксированном размере зрачка алгоритмы распознавания объектов в условиях сильной засветки давали точность около 68,38%. Когда включалась адаптивная регулировка, показатель увеличивался до 83,56%. Изменение связано с тем, что система успевает подстроить поток света до того, как камера ослепнет.

Разработка пока существует в виде экспериментального образца. Далее планируется уменьшить размеры устройства и объединить компоненты в более компактную систему. Инженеры также хотят исследовать более сложные формы зрачка и варианты управления световым потоком. Если подобные технологии удастся довести до практического применения, камеры роботов смогут гораздо увереннее работать в условиях резких перепадов освещения — например, на дорогах, в городской среде или при полётах в разную погоду.