Моделирование зрения

Бионика и зрение

Роботы должны видеть! У них должны быть глаза. Глаз - важнейший орган чувств человека. Именно зрение доставляет нам наибольшую часть информации о внешнем мире, поэтому лишать робота "глаз" нельзя.

Исследования показывают, что живая система почти всегда чудовищно сложна. Так, сетчатка человеческого глаза содержит десятки миллионов простых чувствительных пленок, они связаны сетью из миллионов нервных волокон с головным мозгом, а мозг состоит из миллиардов взаимосвязанных нервных клеток. Описание элементов зрительной системы можно найти в бесчисленных научных трудах, но, пытаясь понять и объединить все отдельные функции, можно безнадежно запутаться. Зрение - не единичный случай. Все биологические системы, даже наиболее простые из них, оказываются чрезвычайно, а подчас и бесконечно сложными. Вот тут-то на помощь инженеру-конструктору роботов и приходит бионика. Опыт этой науки позволяет выбрать для того или иного робота в качестве прототипа систему зрения какого-либо простого существа, особенности зрения которого удовлетворяют требованиям, предъявляемым к разрабатываемой модели.

В совсем простых случаях обходятся и без советов бионики. Например, если зрение нужно роботу только для подсчета деталей, проходящих на конвейере, то здесь применима самая элементарная схема. С одной стороны конвейера устанавливается лампа, световой луч которой направляется на фотоэлемент, управляющий электромагнитным счетчиком или реле. Вот и все! Луч света пересекается движущимися деталями, это улавливает фотоэлемент и заставляет срабатывать счетчик. Подобная простейшая схема зрения используется в метро для контроля оплаты проезда.

Выявлена очень интересная способность сетчатки глаза голубя избирать объекты, движущиеся в одном направлении. Это свойство получило название "обнаружение направленного движения". Моделирование глаза голубя - одно из направлений исследований бионики.

"У роботов-луноходов для ориентации солнечной батареи в направлении солнца используется система зрения из четырех фотоэлементов, включающих моторы, направляющие поверхность солнечной батареи все время в сторону солнца. Как работает такая система зрения, легко понять и без специальных пояснений. Здесь все ясно и без бионики. Но вот при разработке системы, автоматически следящей за целью и опознающей цель, военное ведомство США заинтересовалось глазом лягушки. Она, оказывается, ухитряется не видеть то, что ей видеть не требуется, и игнорирует все несущественные признаки изображения, например тени от облаков. Ценная же информация, скажем сигнал об опасности, немедленно улавливается глазом и передается в мозг.

Специалистами по бионике ведутся работы и по моделированию некоторых функций человеческого глаза. Создана электронная модель сетчатки, воспроизводящая работу фоторецепторов в центральной ямке и на периферии; предложено устройство, аналогичное механизму управления движением глазного яблока, делаются попытки построить электронную модель цветового восприятия. Для роботостроителей наиболее интересны различные опознающие устройства, которые могут найти применение в медицине и криминалистике.