پیشرفت ها و چالش های بازسازی حس بینایی ربات ها

بینایی یکی از ویژگی‌های شگفت انگیز موجودات است. حس بینایی برای انسان یک حس کلیدی است. اهمیت بینایی را زمانی متوجه خواهیم شد که آن را از دست بدهیم یا بخواهیم این حس را برای ربات‌ها بازسازی کنیم. در سال‌های گذشته بسیاری از آزمایشگاه‌های پژوهشی در تلاش بودند که ابعاد مختلف سامانه‌ی بینایی حیوانات و حشره‌ها را مدل‌سازی کنند. پژوهشگران دانشگاه فناوری کوییزلند (Queensland) استرالیا نیز درباره‌ی جنبه‌های مختلف بینایی مورچه‌ها، زنبورها و جوندگان مطالعه کرده‌اند. در این مقاله درباره پیشرفت‌ها و چالش‌های مدل‌سازی بینایی حیوانات و انسان در ربات‌ها صحبت خواهیم کرد. با مجله‌ی فناوری‌های توان‌افزا و پوشیدنی همراه باشید.

پیشرفت ها و چالش های بازسازی حس بینایی ربات ها

برای مدل‌سازی یک سامانه‌ی زیستی و به کار بردن آن در ربات‌ها، باید دو مدل رفتاری و شبکه‌ی عصبی سامانه‌ی بینایی بررسی شود. مولفه‌ی رفتاری سامانه، رفتاری است که ما از حیوانات مشاهده می‌کنیم و تغییر رفتاری است که با تغییر پیکربندی به دست می‌آید. مولفه‌ی عصبی، سامانه‌ی عصبی و مدارهای موجود در مغز حیوان است.

تشخیص چهره

تشخیص و شناسایی فرآیند اساسی دیداری است که برای همه جانداران و ربات‌ها وجود دارد. توانایی شناسایی چهره‌ها و اشیا و نشانه‌های محیط پیرامون که برای حیوان و ربات آشنا است. به دلیل اهمیت تشخیص چهره، سامانه‌ی بینایی یکی از سامانه‌های طبیعی است که در ابتدای تولد وجود دارد. برخی از سامانه‌های مصنوعی تشخیص چهره بر اساس مدل‌سازی سامانه‌ی بیولوژیکی بینایی طراحی شده‌اند. برای نمونه دانشمندان شبکه‌های عصبی مصنوعی طراحی کرده‌اند که سطح‌های مختلف سیستم بینایی را تقلید می‌کند.

شناخت مکان‌ها

شناسایی مکان‌ها یکی دیگر از ویژگی‌های مهم برای جانداران است تا بتوانند در محیط پیرامون مسیریابی و حرکت کنند. تشخیص مکان فرآیندی است که حیوانات یا ربات‌ها به محیط پیرامون نگاه می‌کنند، سپس آنچه که مشاهده می‌کنند و آنچه که از آن مکان در حافظه‌ی آن‌ها از گذشته موجود است منطبق می‌کنند. پیش از ظهور فناوری مسیریابی جی پی اس (GPS) انسان‌ها با کمک آنچه که انتظار داشتند مشاهده کنند و توصیف مکان موردنظر، آن مکان را شناسایی می‌کردند. برای نمونه آدرس «وقتی به کلیسا رسیدی به سمت چپ برو» با انتظار و و توصیف ذهنی ما از کلیسا مسیر را شناسایی می‌کردیم. شناسایی مکان‌ها ممکن است آسان به نظر برسد ولی با تغییر ظاهری مکان ناشی از شرایط آب و هوایی و یا تغییر نور شب و روز ما را با چالش روبرو می‌کند.

پیشرفت ها و چالش های بازسازی حس بینایی ربات ها

افزون بر این با تغییر زاویه‌ی دید نیز ظاهر مکان در دید ما تغییر می‌کند. برای نمونه وقتی یک مکان را در دو زاویه‌ی کاملا بر عکس مشاهده کنند. طراحی یک سامانه‌ی بینایی برای ربات با چالش‌های موجود نیازمند این است که ربات درک عمیق‌تری از آنچه اطراف او اتفاق می‌افتد داشته باشد.

پیشرفت ها و چالش های بازسازی حس بینایی ربات ها

حس بینایی

سخت‌افزار سامانه‌های بینایی مصنوعی با ظهور دوربین‌های امروزی پیشرفت چشمگیری داشته است. با افزایش توانایی‌های دوربین‌ها در گوشی‌های هوشمند، دوربین‌ها همانند بینایی انسان یا حتی فراتر از آن عمل می‌کنند. برای نمونه برخی دوربین‌ها در تاریکی می‌توانند همانند بینایی انسان با تاریکی منطبق شوند. در ویدیوی زیر همه تصویرها با سرعت 30 فریم بر ثانیه ضبط شده است. تصویر در زیر نور ماه و هنگام شب با تغییر پارامتر ایزو (ISO) دوربین با لنز 28 میلی‌متر گرفته شده است. ایزو در واقع میزان حساسیت حسگر دوربین به نورهای دریافتی است. عدد ایزو کمتر، میزان حساسیت کمتر به نور و ایزو بالا، میزان حساسیت بالا به نور است. از ایزو بالا برای تصویربرداری محیط‌های تاریک استفاده می‌شود. همان طور که مشخص است با افزایش پارامتر ایزو دوربین محیط تاریک با جزییات بیشتری قابل مشاهده است. در ایزو ISO102400 به طور کیفی تقریبا همان تصویری دیده می‌شود که چشم انسان در طول شب می‌تواند ببیند.

همچنین دوربین‌های گوشی‌های هوشمند جدید می‌توانند با سرعت 1000 فریم بر ثانیه تصویربرداری کنند. اگر ربات‌ها بتوانند با این سرعت از محیط پیرامون خود تصویربرداری کنند قدرت بینایی فراتر از سرعت تصویربرداری چشم انسان خواهند داشت.

سامانه‌ی بینایی رباتیک همانند حسگر بینایی Dynamic Vision Sensor از سرعت تصویربرداری چشم انسان بسیار سریع‌تر است اما تنها تغییرات روشنایی پیکسل‌ها در تصویر را شناسایی می‌کند و رنگ موجود در تصویر را گزارش نمی‌دهد. در ویدیوی زیر دوربین تنها تغییر روشنایی را تشخیص می‌دهد. دوربین‌های ایونت (Event Camera) بر خلاف دوربین‌های معمولی و رایج، تنها تغییر روشنایی را شناسایی می‌کنند. این ویژگی باعث می‌شود در سرعت‌های بالا و پویایی زیاد عملکردی بهتر از دوربین‌های رایج داشته باشد. حتی با تغییر تصویر در حدود میکروثانیه، تصویر بدون تاری و تاخیر ثبت می‌کند. در ویدیوی زیر از الگوریتم‌ پیشرفته SLAM در دوربین‌های ایونت استفاده شده است. SLAM به معنای «مکان‌یابی و نقشه‌یابی همزمان» است. مکان‌یابی و نقشه‌یابی همزمان (Simultaneous Localization And Mapping) ربات متحرک، بخشی بسیار مهم از مسئله‌ی خودکار و مستقل کردن ربات‌ها است. مکان‌یابی دقیق به نقشه‌ای از محیط نیاز دارد و برای تولید نقشه نیز به مکان‌سنجی دقیق نیاز است.

برخی از سامانه‌های بینایی ربات‌ها همانند بینایی جاندارانی مثل مورچه عمل می‌کنند. مکان‌یابی و شناسایی مکان‌ها ویژگی مهمی برای حیوانات و ربات‌ها است. همان‌طور که بیان شد دو چالش مهم مکان‌یابی توسط ربات‌ها، تغییر شرایط آب و هوایی و تغییر زاویه دید است. برخی الگوریتم‌ها در تغییر آب و هوایی عملکرد بهتری دارند و برخی در تغییر زاویه‌ی دید. در ویدیوی زیر مشاهده می‌شود که از مسیریابی مورچه‌ها در بیایان الهام گرفته شده است. مورچه ها از خط آسمان برای مسیریابی سطح ناهموار استفاده می‌کنند. از دوربین‌های فرابنفش (UV) نیز برای شناسایی جزییات تصویر و تفاوت روشنایی و خط آسمان می‌توان استفاده کرد. تصویر فرابنفش در حوزه‌ی فرکانس از باندهای فرکانسی مختلف تشکیل شده است. با به کارگیری طیف فرکانسی تصویر حتی با چرخش و تغییر زاویه دید، همان تصویر شناسایی خواهد شد و مشکل تاثیر تغییر زاویه دید در شناسایی مکان ربات‌ها حل می‎شود.

وضوح و رزولوشن تصویر

بسیاری از حیوانات مانند مورچه‌ها و جوندگان از وضوح بینایی پایینی برخوردار هستند. دوربین های با تعداد پیکسل پایین نیز وضوح پایینی دارند. دوربین‌های گوش‌های هوشمند امروزی دارای وضوح بین 8 مگاپیکسل تا 40 مگاپیکسل هستند. وضوح موردنیاز بر اساس کاربرد متفاوت است. برای برخی کارها وضوح پایین کافی است اما در کارهای پیچیده‌تر مانند خودروهای خودران، دوربین‌های با وضوح زیاد استفاده می‌شود.

پیشرفت ها و چالش های بازسازی حس بینایی ربات ها


در همین زمینه بخوانیم:

>>این دست مصنوعی آنچه را لمس می‌کند میبیند!
>>هوش مصنوعی : آیا ربات ها در آینده توانایی فکر کردن دارند ؟


منبع: robohub

«استفاده و بازنشر مطالب تنها با ذکر لینک منبع و نام (مجله فناوری‌های توان‌افزا و پوشیدنی) مجاز است»

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

ExosNews on Telegram

ما را در تلگرام دنبال کنید!

مجله فناوریهای توان افزا و پوشیدنی

عضویت در کانال تلگرام
بستن