Шта камере за роботе могу да науче од мачјих очију

Перси Шо је возио кући кроз магловиту ноћ 1933. године, кад се крај пута одједном појавило светло и зауставило га у месту.

Према легенди, била је то мачка - у њеним очима су се одсликавали фарови и бацали светло назад ка њему.

„То је једна од оних срећних околности“, испричала је Гленда Шо, Персијева пранећакиња, за ББЦ-јев подкаст Witness History 2022. Године.

„Видео је одсјај нечега што га је натерало да у моменту стане, а кад је боље погледао схватио је да се налази на погрешној страни пута. Да је наставио даље, стрмоглавио би се преко литице.“

Тај тренутак не само да га је спасао, већ се сматра заслужним за инспирисање Шоа да измисли рефлективно дугме које се користи за обележавање путева, нашироко познато у његовој родној Великој Британији и другде у свету као „мачје око“.

До Шоове смрти 1976. године произведено је око 15 милиона мачјих очију.

Ова дугмад и њихове варијација и даље се користе на путевима широм света.

Шо је реализовао властиту инвенцију кроз „метод пробе и грешака“, према његовој пранећакињи.

„Није познавао физику и одразе, преламања светла и углове“, каже она.

„Све је успут сам схватио.“

Иако његов дизајн није био директно заснован на структури правог мачјег ока, Шо је покушао да реконструише рефлексију коју је видео те ноћи користећи стаклене перле.

Како мачје очи 'сјаје'

Праве мачје очи, међутим, делују као да светле у мраку због рефлективног слоја ткива иза мрежњаче званог tapetum lucidum.

То је посебна структура коју људи немају, објашњава Бејди Фут, ветеринарска офталмолошкиња и клиничка доценткиња са Универзитета у Тенесију.

На латинском „светла таписерија“, овај рефлективни слој претвара мачје око у властито огледало, поправљајући вид у условима слабог светла ради ноћног лова.

Он пружа оку другу прилику да ухвати светло које би иначе било изгубљено.

„Сваки пут кад не погоди фото-рецептор, то се сматра изгубљеним зраком светла“, каже Фут.

Али у области ока које има tapetum lucidum, то светло се одбије од њега и може да удари у други фото-рецептор.

„Изгледа као да блешти назад на вас толико јарко зато што се зенице шире ноћу кад је светло слабо“, каже Фут, омогућујући да се део тог рефлектованог светла такође одбије.

Боја тог сјаја варира од мачке до мачке, од наранџасте и жуте све до зелене, зависно од пигмента у њиховом ткиву.

Али далеко од тога да су мачке једине животиње које имају овај рефлективни слој, због чега можете да приметите да у мраку сијају очи и других животиња.

„Пси, мачке, коњи, стока – све те животиње имају тапетум“, каже Фут.

Камере са мачјим оком

Деценијама након Шоовог изума, савремени инжењери сада користе анатомију мачјег ока као инспирацију за технологију високотехнолошке камере, прављене да се користи у роботима, дроновима и аутоматизованим возилима.

Јанг Мин Сонг, професор електротехнике са Корејског напредног института науке и технологије, желео је направи камеру која може да ради у широком дијапазону услова осветљења, баш као и да издваја предмете у натрпаним окружењима.

Да би то урадио, прво је покушао да опонаша мачји тапетум луцидум.

Код праве мачке, он је направљен од ћелија које садрже кристале хемикалија у облику шипки као што су рибофлавин и цинк, намештених тако да рефлектују светло.

Сонг каже да се опонашање те наноструктуре кроз хемијски инжењеринг показало сувише тешким, тако да је његов тим уместо тога користио изузетно рефлектујући сребрни материјал иза сензора слике да би направио вештачки рефлектор, што је успело да појача апсорпцију видљивог светла камере за 52 одсто.

После тога, Сонг се окренуо другом препознатљивом својству мачјег ока – облику узаног, вертикалног реза који њена зеница поприми на јарком светлу.

Истраживање сугерише да би ово могло да помаже мачкама да процењују удаљеност, омогућавајући им да разазнају плен сатеран у ћошак у гужви околне вегетације.

Сонг је размишљао: „Ако израдим камере инспирисане мачјим оком са вертикалном зеницом, онда би то могло бити корисно за елиминисање комплетне шумовите позадине. Онда можете јасно да видите одређени предмет.“

Савремени компјутерски системи вида већ могу да изолују предмете из загушених сцена, баш као што режим портрета на паметном телефону замагли позадину иза особе.

Али чинити то често захтева значајну процесорску снагу.

Сонгова идеја била је да угради део те способности директно у саму камеру применивши вертикалну зеницу инспирисану мачком за њен отвор бленде – рупе у објективу камере која пушта светло на њен сензор.

Да би тестирао ту идеју, Сонгов тим је фотографисао предмете са шумовитим позадинама користећи и нормални кружни отвор бленде и онај вертикалног облика.

Са кружним отвором бленде, и предмет и позадински шум остали су оштри.

Али код вертикалног отвора, предмет је испао значајније оштрији.

За сада, отвор бленде мора да се мења ручно а не да се намешта аутоматски на нивое светла, као што то раде мачје очи – што је изазов за који Сонг каже да жели да реши у будућности.

Још неке очи вредне копирања

Као и код камере инспирисане мачјом врстом, Сонг и његове колеге су израдиле неколико камера заснованих на очима других животиња.

Верује да постоји потенцијал за стотине дизајна који узимају инспирацију из природе.

„Муве имају избуљене очи и могу да виде истовремено свуда“, каже.

Дизајнирао је камеру 2013. године на основу ока муве док је био на Универзитету у Илиноису Урбана-Шампејн.

„Она има изузетно широк опсег вида и веома брзо препознаје објекте“, што савршено одговара употреби код роботских дронова.

Баш као и једна друга камера коју је израдила његова лабораторија, а моделована по орловом оку.

Она дочарава оштру, увећану слику у средишту видног поља, док истовремено примећује и широку периферију ниже резолуције.

„Можете да размишљате о томе која животиња би могла бити најбоља за конкретну примену“, каже он.

Он тренутно проучава паука скакача, за ког каже да је један од најјединственијих система вида у природи.

„Имају укупно осам очију… предње, бочне, чак и задње, и могу да виде свуда. Истовремено, што се тиче предњих очију, оне могу да детектују тачну дубину само са једним оком“, каже Сонг.

Ови паукови могу да процене удаљеност са високом прецизношћу зато што имају вишеслојну мрежњачу, која им омогућује да изводе изузетно прецизне скокове а да не промаше циљ, објашњава он.

Сонг каже да камера изграђена на истом принципу може бити адаптирана за задатке који захтевају изузетно прецизно мерење удаљености, као што су системи за навођење пројектила.

Иако већина савремених система камере као онај у вашем телефону предоминантно имитира људско око, Сонг каже да камере инспирисане видом животиња могу да имају специјалистичку намену, „за роботе, индустрију, дронове или било који други роботски систем следеће генерације“.

ББЦ на српском је од сада и на ТикТоку, пратите нас ОВДЕ.

Пратите нас на Фејсбуку, Твитеру, Instagramу, Јутјубу и Вајберу. Ако имате предлог теме за нас, јавите се на bbcnasrpskom@bbc.co.uk