Kedi gözünden ilham alan kamera robot ve İHA'lar için yüzde 52 daha fazla ışık emiyor

Percy Shaw, 1933'te sisli bir gecede evine doğru araba kullanırken yol kenarında bir ışık belirdi ve olduğu yerde durdu.Efsaneye göre bu bir kediydi, gözleri arabanın farlarına takılmış ve ışığı doğrudan geri yansıtmıştı.Percy'nin büyük yeğeni Glenda Shaw, 2022'de BBC'nin Witness History podcast'ine yaptığı açıklamada "Yansıyan bir şey gördü ve durdu. Bakınca da yolun yanlış tarafında olduğunu fark etti. Düz devam etseydi, uçurumdan aşağı yuvarlanacaktı" dedi. Yansıma onu kurtarmakla kalmadı, aynı zamanda Shaw'a memleketi İngiltere'de yaygın olarak "kedi gözü" olarak bilinen, yol işaretlerinde kullanılan yansıtıcıyı icat etmesi için ilham kaynağı oldu.Shaw'ın 1976'daki ölümüne kadar yaklaşık kedi gözü şeklinde 15 milyon metal işaret üretilmişti. Bu işaretler ve çeşitleri bugün bile dünyanın dört bir yanındaki yollarda kullanılıyor.

Büyük yeğenine göre Shaw, icadını "deneme yanılma" yoluyla geliştirdi."Fizikten, yansımalardan, kırılmalardan ve açılardan haberi yoktu. Her şeyi kendi kendine çözdü" dedi. Shaw, tasarımı doğrudan bir kedinin gözünün yapısına dayanmasa da o gece gördüğü yansımayı cam boncuklar kullanarak taklit etmeye çalıştı.Kedilerin gözleri nasıl 'parlar' ?Gerçek kedilerin gözleri ise, retinanın arkasında bulunan ve tapetum lucidum adı verilen yansıtıcı bir doku tabakası sayesinde karanlıkta parlıyor gibi görünür.Tennessee Üniversitesi'nden veteriner oftalmoloji uzmanı Doç. Dr. Braidee Foote, bunun insanlarda bulunmayan özel bir yapı olduğunu söylüyor.Latince'de "parlak goblen" anlamına gelen bu yansıtıcı katman, kedinin gözünü kendi aynasına dönüştürerek gece avlanırken düşük ışık koşullarında görüşünü iyileştiriyor. Göze, aksi takdirde kaybolacak ışığı yakalamak için ikinci bir şans veriyor.

Foote, "Bir ışık ışını bir fotoreseptöre çarpmadığında, kayıp bir ışık ışını olarak kabul edilir" diyor. Ancak gözün tapetum lucidum bulunan bölgesinde, bu ışık yansıyıp başka bir fotoreseptöre çarpabiliyor.Foote, "Gözlerin size bu kadar parlak bir şekilde geri yansımasının nedeni, geceleyin ışık azaldığında göz bebeğinin çok fazla açılması" diyor ve bu sayede ışığın bir kısmının dışarıya yansıtılmasının mümkün olduğunu belirtiyor. Bu parlamanın rengi, göz dokusundaki pigmentlere bağlı olarak turuncu ve sarıdan yeşile kadar değişiyor.Ancak kediler bu yansıtıcı tabakaya sahip tek hayvanlar değil, bu nedenle gözleri parlayan başka hayvanlar da fark edebilirsiniz. Foote, "Köpekler, kediler, atlar, sığırlar... bu hayvanların hepsinde tapetum bulunur" diyor.

Kedi gözü kameralarShaw'ın icadından onlarca yıl sonra mühendisler artık kedi gözünün anatomisini robotlarda, insansız hava araçlarında ve otonom cihazlarda kullanılan yüksek teknolojili kameralar için ilham kaynağı olarak kullanıyorlar.Kore İleri Bilim ve Teknoloji Enstitüsü'nde elektrik mühendisliği alanında Prof. Young Min Song, çeşitli aydınlatma koşullarında çalışabilen ve kalabalık ortamlardaki nesneleri algılayabilen bir kamera geliştirmek istiyordu.Bunu yapmak için öncelikle bir kedinin tapetum lucidumunu taklit etmeye çalıştı.Gerçek bir kedide bu yapı, riboflavin ve çinko içeren çubuk biçimli kristaller barındıran hücrelerden oluşur. Bu kristaller, ışığı yansıtacak şekilde dizilmiştir.Song, bu nanoyapıyı kimya mühendisliği yoluyla kopyalamanın çok zor olduğunu söyledi. Bu nedenle ekibinin bunun yerine görüntü sensörünün arkasına yüksek yansıtıcı özelliğe sahip bir gümüş malzeme kullanarak yapay bir reflektör oluşturduğunu anlattı. Bunun da kameranın görünür ışık emilimini % 52 oranında artırmayı başardığını söylüyor.

Ardından Song, kedinin gözünün bir diğer ayırt edici özelliğine, yani parlak ışıkta aldığı dar, dikey yarık şekline eğildi.Araştırmalar, bunun kedilerin mesafeyi algılamasına yardımcı olabileceğini ve böylece pusuya düşürülmüş avları çevredeki bitki örtüsünden ayırt etmelerini sağlayabileceğini gösteriyor.Song'un aklına şu fikir geldi: "Eğer kedi gözünden ilham alan, dikey göz bebeğine sahip kameralar geliştirirsem, bu arka plandaki tüm karmaşayı ortadan kaldırmak için faydalı olabilir. Böylece nesneyi çok daha net görebilirsiniz."Modern bilgisayar görüş sistemleri, tıpkı bir akıllı telefonun portre modunun bir kişinin arkasındaki arka planı bulanıklaştırması gibi, nesneleri kalabalık sahnelerden ayırabiliyor. Ancak bunu yapmak genellikle önemli miktarda işlem gücü gerektiriyor.Song'un fikri, bu kabiliyetin bir kısmını doğrudan kameranın içine yerleştirmekti. Bunun için sensöre ışığın ulaşmasını sağlayan kamera lensindeki açıklığı (diyafram), kedilerin göz bebeğinden ilham alan dikey bir şekle dönüştürmeyi önerdi.

Song'un ekibi bu fikri test etmek için, hem normal yuvarlak bir diyafram hem de dikey şekilli bir diyafram kullanarak yoğun arka planlara sahip nesnelerin fotoğraflarını çekti.Yuvarlak diyaframla hem nesne hem de arka plandaki karmaşa net kaldı. Ancak dikey diyaframla nesne gözle görülür şekilde daha net çıktı.Şimdilik lens açıklığının (diyafram) ışık seviyesine göre, bir kedinin gözünde olduğu gibi, otomatik olarak ayarlanması mümkün değil; bunun yerine elle değiştirilmesi gerekiyor. Song ise bunun gelecekte çözmek istediği teknik zorluklardan biri olduğunu söylüyor.Taklit edilmeye değer diğer gözlerSong ve meslektaşları, kedilerden ilham alan kamerasının yanı sıra, diğer hayvanların gözlerinden esinlenerek çeşitli kameralar da geliştirdiler. Song, doğadan ilham alan yüzlerce tasarım potansiyeli olduğuna inanıyor.Illinois Urbana-Champaign Üniversitesi'ndeyken 2013'te bir sineğin gözünden esinlenerek tasarladığı kamerası için "Sineklerin şişkin gözleri var ve her yeri aynı anda görebiliyorlar" diyor."Son derece geniş bir görüş alanına ve çok hızlı nesne tanıma özelliğine sahip olduklarını" söylüyor ve bu özelliğinin robot İHA'larda kullanım için çok uygun olduğunu belirtiyor.Ekibinin geliştirdiği ve kartal gözünden esinlenen bir başka kamera da benzer şekilde çalışıyor. Bu kamera, görüş alanının merkezinde keskin ve büyütülmüş bir görüntü elde ederken aynı anda çevredeki daha geniş alanı da daha düşük çözünürlükte görüntüleyebiliyor."Belirli bir uygulama için hangi hayvanın en uygun olabileceğini düşünebilirsiniz" diyor.

Bugün doğadaki en eşsiz göz sistemlerinden birine sahip olduğunu söylediği sıçrayan örümcek üzerinde araştırma yapıyor.Song "Toplamda sekiz gözleri var... ön, yan, hatta arka ve her yeri görebiliyorlar. Aynı zamanda, ön gözleri sayesinde tek bir gözle tam derinlikleri algılayabiliyorlar" diyor.Bu örümcekler, katmanlı retinaları sayesinde mesafeleri yüksek hassasiyetle tahmin edebiliyor. Bunun da hedeflerini kaçırmadan son derece doğru sıçramalar yapmalarına olanak tanıdığını anlatıyor. Song, aynı prensiple geliştirilen bir kameranın, füze güdüm sistemleri gibi son derece hassas mesafe ölçümleri gerektiren görevler için de uyarlanabileceğini söylüyor.Telefonunuzdaki gibi çoğu modern kamera sistemi ağırlıklı olarak insan gözünü taklit ederken, Song, hayvan görüşünden ilham alan kameraların "robotlar, endüstri, İHA'lar veya diğer yeni nesil robotik sistemler" için özel uygulamalara sahip olabileceğini vurguluyor.Orijinali İngilizce olan bu makalenin çevirisinde yapay zekadan yararlandık. Yayınlanmadan önce çeviriyi bir BBC gazetecisi kontrol etti. .