Bilgisayarlı görü (computer vision) teknolojileri, makinelerin görüntüleri otomatik olarak tanımak, doğru ve verimli şekilde tanımlamak için kullandığı teknolojilere verilen isim. Günümüzde yaygın olarak kullanılan bu sistemlerin birçoğu ışık koşulları yetersiz olduğunda ya da ışık aniden değiştiğinde düşük performans sergiliyor.
North Carolina Üniversitesi-Chapel Hill, Westlake Üniversitesi ve çeşitli kurumlardan araştırmacılar; insan ve hayvan gözlerinden esinlenilen yeni bir yapay göz geliştirdi. Science Robotics dergisinde yayınlanan çalışma; robotların, gelişmiş güvenlik sistemlerinin ve otonom araçların algılama yeteneklerini bir üst seviyeye taşıyabilir.
Makalenin ilk yazarı Dr. Kun Liang, çalışmayı şu sözlerle anlattı: “Projemiz basit bir sorundan doğdu; otonom araçlarda veya robotlarda kullanılan geleneksel görüntüleme sistemleri, zifiri karanlıktan parlak güneş ışığına geçiş gibi aşırı ışık değişimlerinde zorlanıyor. Bu sistemler, aşırı pozlama veya bulanıklığı düzeltmek için karmaşık donanımlar ve algoritmalar kullanıyor; bu da onları yavaş, enerji tüketen ve daha az güvenilir hale getiriyor. Doğa bu sorunu milyonlarca yıl önce çözdü; hayvan gözleri, ilaveten bir hesaplamaya gerek duymadan ışığa anında uyum sağlayan adaptif göz bebeklerine ve sinir sistemlerine sahip.”
Hayvanlardan esinlenerek adaptif görü sistemi geliştirildi
Dr. Kun Liang, Dr. Bowen Zhu, Dr. Wubin Bai ve meslektaşlarının yürüttüğü çalışma, hayvanların ışık değişimlerine tepki olarak göz bebeklerini otomatik olarak ayarlama yeteneğine odaklanıyor. Araştırmacılar, kapalı döngü pupil ışık refleksi (PLR) veya adaptif pupil refleksi (APR) olarak bilinen bu süreci yapay olarak kopyalamayı hedefledi.
Adaptif pupil refleksi, gözün retinaya düşen ışık yoğunluğuna bağlı olarak göz bebeği (pupil) çapını ayarlamasına deniyor. Parlak ışıkta göz bebekleri daralarak (miyozis) gözü korurken, loş ışıkta genişleyerek (midriyazis) daha fazla ışık girmesini sağlar. Böylece gözlerimiz farklı ışık seviyelerine adapte olur.
Dr. Zhu, “Temel hedefimiz; yapay nöronlar ve adaptif göz bebekleri için yarı küresel bir yapay retinayı sıvı metal (LM) şekil değiştiricilerle entegre etmekti. Amacımız, sıvı metal deformasyonu yoluyla biyolojik ışık refleksini taklit etmek, makine görüsündeki aşırı pozlama sorunlarını çözmek ve farklı hayvanların göz bebeği şekillerini programlanabilir şekilde kopyalayarak çevresel uyumu artırmaktı.” sözleriyle amaçlarından bahsetti.
Geliştirilen sistem üç ana bileşenden oluşuyor; yarı küresel biyo-mimetik retina (görsel bilgiyi işleyen, ileten ışığa duyarlı bileşenlerden oluşan ağ), sıvı metal nöronlar (ışık sinyallerini ileten yapay sinir hücreleri) ve adaptif sıvı metal göz bebeği (ışığın yoğunluğuna göre şekil ve boyut değiştiren bileşen).
Makalede, yapay gözün teknik altyapısı da açıklandı; yarı küresel retina, 64 pikselli bir fotodedektör dizisinden oluşuyor. Ötektik galyum-indiyum (EGaIn) kullanan sıvı metal nöronlar, sinirsel iletimi taklit etmek için elektrokimyasal olarak çalışıyor. En büyük yenilik olan adaptif göz bebeği ise, sıvı metalin mikro kanallar içine hapsedilmesiyle sağlandı.
Yapay göz bebeği, bağımsız olarak kontrol edilebilen sekiz sıvı metal aktüatöre sahip. Bu parçalar sadece ışık miktarını ayarlamakla kalmıyor, aynı zamanda insan, kedi, koyun, mürekkep balığı ve kurbağa gibi farklı hayvanların göz bebeği şekillerini de taklit edebiliyor.
Daha esnek ve akıllı sistemlere
Yapılan ilk testlerde sistemin, canlıların ışığa uyum sağlama sürecini mükemmel şekilde taklit ettiği görüldü. En dikkat çekici özellik ise, yapay gözün herhangi bir insan müdahalesi veya karmaşık bir yazılım komutu gerektirmeden otonom olarak ışığa uyum sağlaması.
Bulgular, görüntü tanıma doğruluğunu artırırken işlem yükünü azaltıyor. Gelecekte bu teknolojinin otonom araçlar, cerrahi robotlar, dronlar ve tıbbi görüntüleme cihazlarına katkı sunması bekleniyor.
Araştırma ekibi bir sonraki aşamada sistemi daha da küçültmeyi, tepki süresini hızlandırmayı ve enerji verimliliğini artırmayı planlıyor. Ayrıca, renkli görüş yeteneği eklemek ve sistemi dokunma veya hareket algılama gibi diğer duyularla birleştirmek de hedefleri arasında yer alıyor.
Kaynak: Science Robotics