La primera vez que los humanos pensaron seriamente en los "ojos de las máquinas" no fue en un laboratorio, sino en obras de ciencia ficción.
Ahora, un verdadero "ojo robótico biónico" ha pasado de los documentos a un prototipo real: utiliza una lente hecha de materiales blandos y la luz misma como "energía", puede ver los diminutos pelos de la pata de una hormiga a escala microscópica, y su poder de resolución ha superado el límite fisiológico del ojo humano.
Esto no es una simple "actualización de la cámara", sino una reconstrucción de "cómo las máquinas ven el mundo" a través de la combinación de óptica y materiales.
I. ¿Qué es exactamente este "ojo robótico"?
Este trabajo proviene de un equipo de una importante universidad de ingeniería en los Estados Unidos. Lo que crearon no es un "globo ocular electrónico" con carcasa, sino un nuevo sistema de lentes biónicas blandas, abreviado como PHySL (lente blanda de hidrogel fotorreactivo) en inglés, que se traduce literalmente como "lente blanda de hidrogel fotorreactivo".
Su estructura básica se puede desglosar de la siguiente manera:
● Centro: Una lente de polímero de silicona flexible, utilizada para completar la imagen básica;
● Anillo exterior: Un anillo de hidrogel fotorreactivo incrustado con grafeno/óxido de grafeno, equivalente a un círculo de "músculos ciliares" artificiales;
● General: Totalmente blando y flexible, sin lentes rígidas, motores ni tornillos.
El núcleo reside en: no depende de ningún motor ni de fuentes de energía externas, sino que utiliza la luz para impulsarse a sí mismo para hacer zoom.
II. ¿Cómo completa el enfoque con "luz"?
Las cámaras tradicionales o los ojos humanos dependen de "músculos" mecánicos o biológicos para enfocar.
Esta lente biónica toma un camino completamente diferente: utiliza el efecto fototérmico y el cambio de volumen de los materiales para hacer que la lente se "mueva" por sí sola.
La lógica es muy clara:
1. El hidrogel exterior está dopado con grafeno: el grafeno tiene una fuerte absorción de luz y puede convertir la energía de la luz en energía térmica.
2. Cuando la luz brilla sobre él, la temperatura local aumenta: el hidrogel es sensible a la temperatura y sufre expansión o contracción reversible cuando se calienta.
3. La expansión/contracción del hidrogel aprieta la lente: esto es equivalente a un anillo de "músculos impulsados por la luz" que ejerce efectos mecánicos sobre la lente de silicona del medio.
4. La curvatura de la lente cambia, y la distancia focal cambia en consecuencia: a medida que la curvatura cambia, la forma en que la luz converge cambia, y el punto focal se mueve hacia adelante y hacia atrás para lograr el "zoom inalámbrico".
En un sistema más complejo, los investigadores incrustaron esta lente blanda en una red microfluídica de hidrogel, utilizando el mismo haz de luz para controlar tanto la "imagen + el cambio de canal de fluido" al mismo tiempo, creando un prototipo de "cámara blanda sin electrónica".
Esto significa que en ciertos escenarios, la cámara puede deshacerse de la electricidad y los materiales duros y completarse solo con luz y materiales blandos.
III. ¿Por qué su "visión es superior al ojo humano"?
Los informes de los medios utilizaron una declaración impactante: "Los científicos han creado un ojo robótico con mejor vista que los humanos".
Desglosándolo, hay principalmente dos aspectos:
1. El poder de resolución supera el límite fisiológico del ojo humano
Limitado por la estructura física del ojo humano y la disposición de la retina, el límite de resolución a simple vista es aproximadamente del orden de 100 micrómetros. Para ver estructuras más pequeñas, se necesitan microscopios.
En la verificación experimental, esta lente blanda biónica puede:
● Resolver detalles del orden de unos 4 micrómetros;
● Imagen clara de los diminutos pelos y microestructuras en la pata de una hormiga.
En las dimensiones de "resolución" y "capacidad de imagen microscópica de corto alcance", ha superado el límite superior físico del ojo humano a simple vista.
2. La morfología y la integrabilidad son diferentes de la óptica tradicional
En comparación con las lentes rígidas de vidrio/plástico, esta lente blanda tiene varias características:
● Totalmente blanda y se puede formar integralmente con el cuerpo de los robots blandos;
● No necesita motores, cables ni engranajes, con una estructura extremadamente simple;
● Solo se basa en la impulsión por luz y tiene el potencial de "autoabastecimiento de energía".
En entornos extremos donde los humanos no son adecuados para entrar y las lentes tradicionales no son adecuadas para ser colocadas (alta presión, espacios estrechos, canales curvos, organismos vivos, etc.), la integrabilidad y adaptabilidad de esta lente blanda son difíciles de lograr para el ojo humano y las lentes tradicionales.
Cabe señalar que el rendimiento general de la "visión" humana es un resultado integral de "ojos + cerebro". En la actualidad, la lente blanda biónica solo muestra ventajas en el aspecto de la "imagen óptica y el enfoque", y no tiene una cognición visual avanzada similar a la del cerebro humano.
IV. Dónde se puede utilizar: desde robots blandos hasta medicina mínimamente invasiva
Este tipo de ojo robótico biónico no está diseñado para agregar una línea adicional de "parámetros" a los teléfonos móviles, sino para proporcionar una base visual para un lote de nuevas formas.
Se pueden ver varias direcciones típicas:
1. Robots blandos de búsqueda y rescateLos robots blandos que se mueven a través de escombros necesitan tener un cuerpo blando y poder ver los detalles con claridad. Las lentes duras tradicionales son difíciles de seguir la deformación del cuerpo, y este tipo de lente es naturalmente adecuado.
2. Inspección agrícola e industrialPuede acercarse a las hojas de las plantas, las frutas, las juntas de soldadura y las microestructuras para obtener imágenes de alta resolución de corto alcance, lo que ayuda a identificar manchas de enfermedades, grietas y defectos.
3. Cirugía mínimamente invasiva e imágenes endoscópicasLas lentes blandas se integran en el extremo frontal de los catéteres flexibles y los endoscopios flexibles para reducir el daño tisular causado por las sondas rígidas y mantener el enfoque automático en espacios estrechos.
4. Observación microscópica de muestras biológicasPuede reemplazar parte de los objetivos del microscopio para crear módulos de imagen microscópica de bajo costo y flexibles para la detección rápida in situ.
5. Detección en entornos extremosEn entornos de aguas profundas, alta presión y fuertes impactos, es menos probable que las lentes flexibles se rompan que las lentes tradicionales y son más adecuadas para el despliegue a largo plazo.
Desde una perspectiva de lógica industrial, esta tecnología abre una nueva vía de "front-ends visuales blandos", en lugar de simplemente "actualizar las cámaras de alta definición en una generación".
V. La combinación de ojos robóticos biónicos y reconocimiento de iris
A continuación, solo nos enfocamos en una cosa: qué significado práctico tiene este tipo de ojo robótico biónico para el reconocimiento de iris.
1. Un mejor "colector de front-end": proporciona imágenes más limpias para el reconocimiento de iris
El límite superior del reconocimiento de iris está determinado en gran medida por la calidad de las imágenes de front-end:
● Si la textura es lo suficientemente clara;
● Si el reflejo, la oclusión y el desenfoque son controlables;
● Si se puede lograr una recopilación estable en un estado no cooperativo.
Las lentes biónicas flexibles son directamente útiles en tres aspectos:
(1) Capacidad de alta resolución de corto alcanceLa textura del iris en sí es una característica microestructurada. El poder de resolución a nivel de micrómetros expande el espacio de extracción de características y aumenta el volumen de información codificada, lo que teóricamente puede mejorar la capacidad de distinción y la capacidad antifalsificación.
(2) Enfoque flexible y postura adaptativaLas lentes blandas pueden enfocar dinámicamente a través del control del campo de luz, y aún así asegurar que el iris esté en el plano focal cuando el sujeto se mueve hacia adelante y hacia atrás o tiene una postura inestable. Esto significa que se pueden reducir los requisitos de posición de pie, posición de la cabeza y nivel de cooperación, lo que es propicio para el despliegue en canales, escenarios de flujo de peatones y escenarios de interacción de robots.
(3) Adaptabilidad morfológicaLos módulos de iris tradicionales son "una caja" con posiciones de instalación limitadas. Las lentes biónicas flexibles pueden:
● Estar incrustadas en marcos de puertas, paredes y la "cara" de los robots;
● Estar integradas en el extremo frontal de los dispositivos portátiles (gafas, diademas);
● Adaptarse a estructuras curvas y mezclarse con el entorno.
Para el reconocimiento de iris, esto significa que los puntos de recopilación pueden ser más ocultos, naturales y diversos.
2. Mover el reconocimiento de iris de "terminales fijos" a "terminales móviles" y "terminales flexibles"
La mayoría de los dispositivos de reconocimiento de iris tradicionales son:
● Torniquetes fijos;
● Dispositivos de escritorio frente a mostradores/ventanillas;
● Ciertos terminales portátiles.
Con lentes biónicas flexibles, pueden surgir nuevas formas de combinación:
(1) Robots de servicio blandosEl extremo frontal del robot es un "ojo" biónico, que realiza la navegación y la percepción ambiental mientras recopila imágenes del iris cuando se acerca a los usuarios, logrando una autenticación de identidad fuerte sin tarjeta y sin contacto.
(2) Terminales de patrulla/aplicación de la leyLos módulos flexibles se integran en las cámaras corporales de aplicación de la ley, las insignias de identificación, los cascos y otros equipos para completar la verificación de identidad con un nivel de seguridad más alto durante la interacción humana natural, en lugar de requerir que la otra parte se detenga y se acerque a un dispositivo fijo.
(3) Vinculación de identidad en escenarios médicosLas lentes biónicas se integran en el extremo frontal de los endoscopios flexibles, catéteres y equipos de inspección para la toma de iris al mismo tiempo, bloqueando al paciente único con la identidad del iris durante todo el proceso de cirugía, inspección y administración de medicamentos, reduciendo las discrepancias y las disputas médicas.
Esencialmente, los ojos robóticos biónicos convierten el reconocimiento de iris de "un dispositivo en un cierto punto" en "una capacidad en el sistema", que se puede incrustar en cualquier front-end visual que requiera una autenticación de identidad fuerte.
3. Mejorar la robustez del reconocimiento en entornos complejos
El reconocimiento de iris a menudo encuentra varios problemas en la implementación de ingeniería:
● Entornos exteriores con deslumbramiento y retroiluminación;
● Gafas, reflejos y oclusión parcial;
● Movimiento y cambios de postura del usuario grandes.
Las lentes biónicas flexibles están diseñadas para la deformación y los entornos complejos, y sus características materiales y estructurales se pueden utilizar para:
● Disponer la luz de relleno y los ángulos de imagen de forma más flexible para reducir el reflejo de las gafas y los reflejos corneales;
● En plataformas de movimiento como robots, amortiguar el impacto del desenfoque de movimiento a través del zoom adaptativo;
● Ajustar rápidamente la trayectoria óptica en diferentes condiciones de iluminación a través de la impulsión de la luz en sí para obtener una calidad de imagen del iris relativamente estable.
Estas capacidades se retroalimentarán directamente a:
● Tasa de éxito del reconocimiento;
● Experiencia del usuario ("pasar de pie por un momento" en lugar de ajustar la postura hacia adelante y hacia atrás);
● Rango de entorno utilizable (interior, semi-exterior, móvil).
Resumen
Los ojos robóticos biónicos resuelven el problema de "ver y ver con claridad", mientras que el reconocimiento de iris resuelve el problema de "reconocer con precisión y vincular firmemente".
Cuando los dos se combinan, el reconocimiento de iris gana nuevas entradas de front-end y escenarios de aplicación más amplios.
