עיניים חכמות מעניקות לרכבים אוטונומיים ראייה קרובה יותר לאדם

סדא ניוז - רכבים אוטונומיים ורובוטים מתקדמים מתמודדים עם אתגר בסיסי כיצד להתמודד עם סביבות בהן התאורה משתנה במהירות או כאשר רמות האור והחושך רוכבות זו על זו. מצלמות, אלגוריתמים ובינה מלאכותית מסוגלים לנתח את הנוף בתנאים רבים, אך הם עשויים להיתקל בקשיים כאשר אור חזק מתמזג עם רקעים כהים, כפי שקורה למשל כשנוהגים בלילה באור פנסי רכב חזקים בשמיים כהים.

מחקר חדש, בראשות מהנדס מאוניברסיטת מדינת פנסילבניה, מציע דרך שונה לטפל בבעיה זו. במקום להסתמך רק על שיפור המצלמות או הכשרת האלגוריתמים, הפנו החוקרים את תשומת הלב שלהם להדמיה של אופן הפעולה של העין האנושית עצמה, על ידי פיתוח רכיב קטן המסוגל להתאים את רגישותו לאור בהתאם לסביבה הסובבת אותו.

בעיה של אור מעורב

מערכות ראיה מלאכותיות פועלות בדרך כלל היטב כאשר תנאי התאורה יציבים, בין אם הם חזקים או חלשים. אולם הבעיה מופיעה כאשר הנוף מעורב, כמו אזור בוהק מאוד, ואחר כהה, עם פרטים קטנים שיש להבחין בהם בתוך הקונטרסט.

סוג זה של סביבות איננו נדיר כאשר רכב אוטונומי זקוק להבחין בנורת עצור באמצע השתקפויות חזקות, או לראות הולכי רגל בשולי כביש כהה כאשר יש אורות רכבים נוספים מולה. רובוט במפעל עשוי לנוע בין אזורים מוארים ואחרים אפלים יותר. במקרים הללו, לא די בכך שהמצלמה תהיה באיכות גבוהה; המערכת חייבת להיות מסוגלת להסתגל לאור כפי שעושה העין האנושית.

רכיב החושף את העין

הרכיב שפותח על ידי החוקרים שייך לקטגוריה שנקראת "פוטומומרים", שהיא גרסה אופטי של מומרים. המומרים הם מכשירים חשמליים קטנים יכולים לאחסן מידע אודות מצבם הקודם, גם לאחר הסרת מקור האנרגיה. הפוטומומרים מוסיפים ליכולת זו את היכולות לחוש אור ולהמיר אותו לזרם חשמלי.

בעין האנושית, תאי רוד ותאי קונוס מסייעים לטפל ברמות תאורה שונות. בחושך, תאי הרוד מאפשרים להבחין בפרטים, בעוד שחומרים המדליקים שלהם נפגעים באור החזק לפני שהתחדשים בהדרגה. תהליך זה השריש את החוקרים לעצב רכיב שמשנה את התנהגותו בהתאם לאור, במקום להישאר מכוון למצב אחד.

צוות החוקרים השתמש בשני חומרים מרכזיים בבניית המכשיר, הראשון הוא חומר פלסטי ג'ל מוליך הידוע בשם "PEDOT" ואוקסיד הטיטניום. האוקסיד טיטניום קולט את האור מהסביבה וממיר אותו לזרם חשמלי, ולאחר מכן משפיע על יכולת החומר הפלסטי לספוג מים או להדוף אותם ממרקמו. בחושך, הרכיב סופג מים במהירות. באור, הוא דוחה את המים ומייבש את עצמו בהדרגה. התנועה הזו בין הספיגה להדפה מאפשרת למכשיר לרגול את רגישותו לאור בצורה דינמית.

התאמה מהירה יותר מהעין האנושית

החוקרים ניסו את הרכיבים החדשים על ידי חשיפתם לרמות שונות של קרני UV. התוצאות הראו שהם יכולים לעקוב אחר עוצמת האור ביעילות ובדיוק, תוך שמירה על קריאות יציבות גם כאשר הלחות החיצונית משתנה.

למרות שכל רכיב קטן מאוד, בגודל של חצי מ"מ, אפשר לחבר מספר רכיבים יחד כדי ליצור מטריצה גדולה יותר מבלי להזדקק להגדלת גודל כל רכיב. כדי לבדוק את הרעיון, יצר הצוות מטריצה של 4 על 4 רכיבים וחיבר אותה לרשת עצבית, במערכת ראיה פשוטה המדמה מה עשויות להשתמש בו רכבים או רובוטים.

במהלך הניסוי, הציבו החוקרים אורות LED בצורה של האות "F" מול רקע מואר שניתן לשנות את בהירותו. דרוש היה מהמערכת להבחין באות למרות השוני באור בין הצורה לרקע. לאחר שבע סבבי אימון בלבד, הצליחה המערכת לזהות דפוסים בדיוק גבוה מעל 95 אחוז בסביבה עם אור מעורב.

מעניין שהחוקרים מציינים כי העין האנושית עשויה להזדקק ל-20 או 30 דקות להסתגל במלואה לשינויים באור, בעוד שהרכיבים הללו הצליחו להתאים את עצמם בתוך שניות, תוך שמירה על יכולתם לתפוס פרטים מהסביבה הסובבת.

חשיבות המחקר לרכבים ולרובוטים

לא ניתן להסיק מהמחקר הזה כי רכבים אוטונומיים יקבלו בקרוב "עין אנושית" מלאה. הטכנולוגיה עדיין נמצאת במסגרת מחקרית, ודורשת פיתוח ובדיקות רחבות יותר לפני שמונהס על יישומים מסחריים. אך חשיבותה טמונה בכיוון שהיא מצביעה עליו: במקום לעשות את מערכות הראיה יותר תלויות בעיבוד תוכנה בלבד, ניתן לשפר את הרכיבים עצמם כדי להפוך אותם ליותר חכמים ומסתגלים ברמת החישה.

ברכבים אוטונומיים, רכיבים כאלה עשויים לסייע בעתיד לשפר את הראיה בתנאים קשים כמו בלילה, מנהרות, השתקפויות, או במעבר פתאומי בין צל לאור. ובארובוטים, הם עשויים לסייע לפעול בצורה מהימנה יותר במפעלי אוכל או בסביבות משתנות, בהן התאורה לא תמיד אידיאלית או יציבה.

לכיוונים חושים מלאכותיים יותר אינטגרטיביים

הצוות המחקרי מתכנן לפתח את הרכיבים הללו במסגרת מערכת חישה גדולה יותר שיכולה לשלב בין הראיה למישוש. הרעיון הוא כי רובוטים ומכונות עתידיות עשויות לא להיות תלויות בסוג אחד של נתונים, אלא על שילוב של חושים מלאכותיים העובדים יחד ביעילות רבה יותר ובצריכת אנרגיה פחותה. השימוש הישיר ברכבים ובארובוטים הוא הקרוב ביותר, אך החוקרים מציינים גם כי ייתכן שהטכנולוגיה הזו תסייע בעתיד במערכות ראיה שיסייעו ללקויי ראיה. עם זאת, אפשרות זו עדיין רחוקה, ודורשת שלבים ארוכים של פיתוח. מה שמציב את המחקר הוא כי הראיה המלאכותית עשויה לא להשתפר רק על ידי בינה מלאכותית עוצמתית יותר, אלא על ידי חיישנים הלומדים מאחת מהטכנולוגיות הישנות והמדויקות ביותר בטבע: העין האנושית.