Visuelle Objekterkennung bei Robotern: Mit Tintenfischaugen sieht man besser
Bei widrigen Lichtverhältnissen erkennen Tintenfische ihre Umgebung immer noch. Was für sie gut ist, kann für Roboter nicht schlecht sein – und für Autos.
W-förmige Pupillen verhelfen Tintenfische zum besseren Sehen bei schwierigen Lichtverhältnissen. Forscher nutzen dies für künstliche Roboteraugen.
(Bild: Richard Whitcombe / Shutterstock.com)
Ein Wissenschaftsteam des Gwangju Institute of Science and Technology der Seoul National University hat ein Roboterauge entwickelt, das sich an den Augen von Tintenfischen orientiert und auch bei schlechten und schwankenden Lichtverhältnissen eine bessere Objekterkennung ermöglicht als herkömmliche Roboteraugen in Form von Kameras.
Tintenfische treiben sich oft in großen Meerestiefen herum, in denen es dunkel ist, die Lichtverhältnisse so schlecht sind, dass zur optischen Orientierung ein ausgeprägtes Sehvermögen nötig ist. Die Kopffüßler können mit ihren Augen auch in trübem Wasser und unter wechselnden Lichtbedingungen sehen. Möglich machen dies ihre Pupillen in W-Form.
Die Forschenden haben in ihrer in Science Robotics veröffentlichten Studie "Cuttlefish eye–inspired artificial vision for high-quality imaging under uneven illumination conditions" den Aufbau der Tintenfischaugen unter die Lupe genommen und künstlich nachgebildet. Das Ziel sollte es sein, Roboteraugen zu schaffen, die auch unter widrigen Bedingungen visuell Objekte erkennen können. Kameras, die dazu gemeinhin verwendet werden, gelingt das nicht in ausreichendem Maße.
Künstliches Tintenfischauge
Das von ihnen geschaffene künstliche Auge besteht aus einer kugelförmigen Linse, auf der sie eine W-förmige Pupille platziert haben. Dazwischen fügten sie eine Blende ein, um eine Anpassung bei variierendem Lichteinfall vornehmen zu können. Auf der Innenseite des Auges platzierten sie ein flexibles polarisierendes Material sowie zylinderförmige Silizium-Fotodioden zur Umwandlung von auftreffenden Photonen in elektrische Signale.
Das künstliche Tintenfischauge unterzogen die Wissenschaftler verschiedenen Tests und verglichen die Ergebnisse mit den Bildern, die üblicherweise als Roboteraugen eingesetzte handelsübliche Kameras liefern. Das neue Roboterauge lieferte dabei mehr Bilddetails. Bei schwachen Lichtverhältnissen konnte es Umrisse von Objekten zuverlässiger erkennen.
Die Forscher sind optimistisch, dass ihr gewählter Ansatz ein erster Schritt zu deutlich verbesserten Roboteraugen ist. Bei schwachen und schwankenden Lichtverhältnissen liefern sie eine höhere visuelle Erkennungsleistung. Naheliegend ist der Einsatz künstlicher Tintenfischaugen in Unterwasserrobotern. Bei rein visueller Objekterkennung unter Wasser muss bei Verwendung herkömmlicher Kameras viel Energie aufgewendet werden, um die Umgebung ausreichend gleichmäßig zu beleuchten, was nicht immer gelingt. Deswegen verwenden Forschende oft andere Techniken, um eine reibungslose Navigation unter Wasser zu ermöglichen, wie etwa ein künstliches Seitenlinien-Organ, das sich ebenfalls an einem Fischorgan orientiert.
Die südkoreanischen Wissenschaftler haben aber noch weitere Anwendungsgebiete im Blick, wie etwa fahrende Roboter und damit auch autonome Autos. Die höhere Erkennungsleistung der künstlichen Tintenfischaugen könnte dazu genutzt werden, um eine zuverlässigere Erkennung von Objekten im Straßenverkehr zu erreichen. Das Team arbeitet nun daran, günstigere Komponenten einzusetzen, um ihr System konkurrenzfähiger zu herkömmlichen Kameras zu machen. Außerdem wollen die Forscher eine Tracking-Funktion ergänzen.
(olb)
