인간이 처음으로 '기계의 눈'에 대해 진지하게 생각한 것은 연구실이 아니라 SF 작품에서였습니다.
이제, 진정한 '생체 모방 로봇 눈'이 논문에서 실제 프로토타입으로 옮겨졌습니다. 부드러운 재료로 만들어진 렌즈를 사용하고 빛 자체를 '에너지'로 사용하여, 현미경 수준에서 개미 다리의 작은 털을 볼 수 있으며, 분해능은 인간 눈의 생리적 한계를 넘어섰습니다.
이것은 단순한 '카메라 업그레이드'가 아니라 광학과 재료의 조합을 통해 '기계가 세상을 보는 방식'을 재구성한 것입니다.
I. 이 '로봇 눈'은 정확히 무엇인가?
이 연구는 미국의 최고 공과대학 팀에서 나왔습니다. 그들이 만든 것은 껍질이 있는 '전자 안구'가 아니라, PHySL(photoresponsive hydrogel soft lens)로 약칭되는 완전히 새로운 부드러운 생체 모방 렌즈 시스템입니다. 이는 문자 그대로 '광반응성 하이드로겔 소프트 렌즈'로 번역됩니다.
기본 구조는 다음과 같이 나눌 수 있습니다.
● 중심: 기본 이미징을 완료하는 데 사용되는 유연한 실리콘 폴리머 렌즈;
● 외부 링: 그래핀/그래핀 산화물이 내장된 광반응성 하이드로겔 링, 인공 '섬모근'의 원과 동일;
● 전체: 단단한 렌즈, 모터 또는 나사 없이 완전히 부드럽고 구부러집니다.
핵심은 다음과 같습니다. 모터나 외부 전원에 의존하지 않고 빛을 사용하여 자체적으로 줌을 조절합니다.
II. 어떻게 '빛'으로 초점을 맞추는가?
전통적인 카메라나 인간의 눈은 초점을 맞추기 위해 기계적 또는 생물학적 '근육'에 의존합니다.
이 생체 모방 렌즈는 완전히 다른 경로를 따릅니다. 광열 효과와 재료의 부피 변화를 사용하여 렌즈가 스스로 '움직이도록' 합니다.
논리는 매우 명확합니다.
1. 외부 하이드로겔은 그래핀으로 도핑됩니다. 그래핀은 강한 빛 흡수력을 가지고 있으며 빛 에너지를 열 에너지로 변환할 수 있습니다.
2. 빛이 비추면 국부 온도가 상승합니다. 하이드로겔은 온도에 민감하며 가열 시 가역적인 팽창 또는 수축을 겪습니다.
3. 하이드로겔의 팽창/수축은 렌즈를 압착합니다. 이것은 중간 실리콘 렌즈에 기계적 효과를 가하는 '빛 구동 근육'의 링과 같습니다.
4. 렌즈의 곡률이 변하고 초점 거리가 그에 따라 변합니다. 곡률이 변하면 빛이 수렴하는 방식이 변하고 초점이 앞뒤로 이동하여 '무선 줌'을 달성합니다.
더 복잡한 시스템에서 연구자들은 이 소프트 렌즈를 하이드로겔 미세 유체 네트워크에 내장하여 동일한 광선을 사용하여 '이미징 + 유체 채널 전환'을 동시에 제어하여 '전자 없는 소프트 카메라'의 프로토타입을 만들었습니다.
이는 특정 시나리오에서 카메라가 전기와 단단한 재료를 제거하고 빛과 부드러운 재료만으로 완성될 수 있음을 의미합니다.
III. 왜 '시력이 인간의 눈보다 우수한가'?
언론 보도는 다음과 같은 놀라운 진술을 사용했습니다. '과학자들은 인간보다 더 나은 시력을 가진 로봇 눈을 만들었습니다'.
이를 분석하면 주로 두 가지 측면이 있습니다.
1. 분해능이 인간 눈의 생리적 한계를 초과합니다.
인간 눈의 물리적 구조와 망막의 배열에 의해 제한되어, 육안의 분해능 한계는 대략 100마이크로미터 정도입니다. 더 작은 구조를 보려면 현미경이 필요합니다.
실험적 검증에서 이 생체 모방 소프트 렌즈는 다음과 같습니다.
● 약 4마이크로미터 정도의 세부 사항을 분해합니다.
● 개미 다리의 작은 털과 미세 구조를 선명하게 이미지화합니다.
'분해능'과 '근거리 현미경 이미징 능력' 측면에서 인간 육안의 물리적 상한선을 초과했습니다.
2. 형태와 통합성이 전통적인 광학과는 다릅니다.
단단한 유리/플라스틱 렌즈와 비교하여 이 소프트 렌즈는 다음과 같은 몇 가지 특징을 가지고 있습니다.
● 완전히 부드럽고 소프트 로봇의 몸체와 일체형으로 형성될 수 있습니다.
● 모터, 전선 또는 기어가 필요 없이 매우 간단한 구조;
● 빛 구동에만 의존하며 '자가 에너지 공급'의 잠재력을 가지고 있습니다.
인간이 들어가기에 적합하지 않고 전통적인 렌즈를 배치하기에 적합하지 않은 극한 환경(고압, 좁은 공간, 곡선 채널, 생물체 등)에서 이 소프트 렌즈의 통합성과 적응성은 인간의 눈과 전통적인 렌즈가 달성하기 어렵습니다.
인간의 '시력'의 전반적인 성능은 '눈 + 뇌'의 종합적인 결과임을 명심해야 합니다. 현재, 생체 모방 소프트 렌즈는 '광학 이미징 및 초점' 측면에서만 장점을 보여주며, 인간의 뇌와 유사한 고급 시각 인지 능력을 가지고 있지 않습니다.
IV. 어디에 사용할 수 있는가: 소프트 로봇에서 최소 침습 의학까지
이 유형의 생체 모방 로봇 눈은 휴대폰에 추가 '매개변수' 라인을 추가하기 위해 설계된 것이 아니라, 일련의 새로운 형태에 대한 시각적 기반을 제공하기 위해 설계되었습니다.
몇 가지 전형적인 방향을 볼 수 있습니다.
1. 소프트 수색 및 구조 로봇 잔해를 통과하는 소프트 로봇은 부드러운 몸체를 가지고 세부 사항을 명확하게 볼 수 있어야 합니다. 전통적인 단단한 렌즈는 몸의 변형을 따라가기 어렵고, 이 유형의 렌즈는 자연스럽게 적합합니다.
2. 농업 및 산업 검사 식물 잎, 과일, 솔더 조인트 및 미세 구조에 접근하여 근거리 고해상도 이미징을 수행하여 질병 반점, 균열 및 결함을 식별하는 데 도움이 될 수 있습니다.
3. 최소 침습 수술 및 내시경 이미징 소프트 렌즈는 유연한 카테터 및 유연한 내시경의 전면에 통합되어 단단한 프로브로 인한 조직 손상을 줄이고 좁은 공간에서 자동 초점을 유지합니다.
4. 생물학적 샘플의 현미경 관찰 현미경 대물 렌즈의 일부를 대체하여 현장 신속 검사를 위한 저비용, 구부러지는 현미경 이미징 모듈을 만들 수 있습니다.
5. 극한 환경 감지 심해, 고압 및 강한 충격 환경에서 유연한 렌즈는 전통적인 렌즈보다 파손될 가능성이 적고 장기간 배포에 더 적합합니다.
산업적 관점에서 볼 때, 이 기술은 단순히 '고화질 카메라를 한 단계 업그레이드'하는 것이 아니라 '소프트 시각적 프런트 엔드'의 새로운 트랙을 엽니다.
V. 생체 모방 로봇 눈과 홍채 인식의 결합
다음으로, 우리는 한 가지에만 집중합니다. 이 유형의 생체 모방 로봇 눈이 홍채 인식에 어떤 실질적인 의미를 갖는가.
1. 더 나은 '프런트 엔드 수집기': 홍채 인식을 위해 더 깨끗한 이미지를 제공합니다.
홍채 인식의 상한선은 프런트 엔드 이미징의 품질에 크게 좌우됩니다.
● 텍스처가 충분히 선명한지;
● 반사, 폐색 및 초점 이탈을 제어할 수 있는지;
● 비협조적인 상태에서 안정적인 수집을 달성할 수 있는지.
유연한 생체 모방 렌즈는 세 가지 측면에서 직접적으로 유용합니다.
(1) 근거리 고해상도 기능 홍채 텍스처 자체는 미세 구조적 특징입니다. 마이크로미터 수준의 분해능은 특징 추출 공간을 확장하고 인코딩된 정보량을 증가시켜 이론적으로 구별 능력과 위조 방지 능력을 향상시킬 수 있습니다.
(2) 유연한 초점 및 적응형 자세 소프트 렌즈는 광장 제어를 통해 동적으로 초점을 맞출 수 있으며, 피사체가 앞뒤로 움직이거나 불안정한 자세를 취할 때에도 홍채가 초점면에 있도록 보장합니다. 이는 서 있는 위치, 머리 위치 및 협력 수준에 대한 요구 사항을 줄일 수 있으며, 채널, 보행자 흐름 시나리오 및 로봇 상호 작용 시나리오에 배포하는 데 도움이 됩니다.
(3) 형태 적응성 전통적인 홍채 모듈은 설치 위치가 제한된 '상자'입니다. 유연한 생체 모방 렌즈는 다음과 같습니다.
● 문틀, 벽 및 로봇의 '얼굴'에 내장될 수 있습니다.
● 웨어러블 장치(안경, 머리띠)의 전면에 통합될 수 있습니다.
● 곡선 구조에 맞고 환경에 혼합됩니다.
홍채 인식의 경우, 이는 수집 지점이 더 숨겨지고 자연스럽고 다양할 수 있음을 의미합니다.
2. 홍채 인식을 '고정 단말'에서 '모바일 단말' 및 '유연한 단말'로 이동
대부분의 전통적인 홍채 인식 장치는 다음과 같습니다.
● 고정식 회전식 문;
● 카운터/창문 앞의 데스크톱 장치;
● 특정 휴대용 단말.
유연한 생체 모방 렌즈를 사용하면 새로운 조합 형태가 나타날 수 있습니다.
(1) 소프트 서비스 로봇 로봇의 전면은 생체 모방 '눈'으로, 사용자가 접근할 때 홍채 이미지를 수집하면서 탐색 및 환경 인식을 수행하여 카드 없이 비접촉식 강력한 신원 인증을 달성합니다.
(2) 순찰/법 집행 단말 유연한 모듈은 법 집행 바디 카메라, ID 배지, 헬멧 및 기타 장비에 통합되어 자연스러운 인간-인간 상호 작용 중에 더 높은 보안 수준으로 신원 확인을 완료하며, 상대방이 고정된 장치에 멈춰서 접근할 필요가 없습니다.
(3) 의료 시나리오에서 신원 바인딩 생체 모방 렌즈는 유연한 내시경, 카테터 및 검사 장비의 전면에 통합되어 수술, 검사 및 투약 과정에서 홍채 촬영을 동시에 수행하여 홍채 신원으로 고유한 환자를 잠그고, 오인 및 의료 분쟁을 줄입니다.
본질적으로, 생체 모방 로봇 눈은 홍채 인식을 '특정 지점의 장치'에서 '시스템의 기능'으로 전환하여 강력한 신원 인증이 필요한 모든 시각적 프런트 엔드에 내장될 수 있습니다.
3. 복잡한 환경에서 인식 견고성 향상
홍채 인식은 엔지니어링 구현에서 종종 몇 가지 문제에 직면합니다.
● 실외 눈부심 및 역광 환경;
● 안경, 반사 및 부분 폐색;
● 사용자 이동 및 자세 변화가 큼.
유연한 생체 모방 렌즈는 복잡한 변형 및 환경을 위해 설계되었으며, 재료 및 구조적 특성을 사용하여 다음과 같습니다.
● 안경 반사 및 각막 하이라이트를 줄이기 위해 채우기 조명 및 이미징 각도를 더 유연하게 배열;
● 로봇과 같은 모션 플랫폼에서 적응형 줌을 통해 모션 블러의 영향을 완화;
● 자체 빛 구동을 통해 다양한 조명 조건에서 광학 경로를 신속하게 조정하여 비교적 안정적인 홍채 이미징 품질을 얻습니다.
이러한 기능은 다음과 같이 직접적으로 피드백됩니다.
● 인식 성공률;
● 사용자 경험('자세를 앞뒤로 조정하는 대신 잠시 서서 지나가기');
● 사용 가능한 환경 범위(실내, 반실외, 모바일).
요약
생체 모방 로봇 눈은 '보고 명확하게 보는' 문제를 해결하고, 홍채 인식은 '정확하게 인식하고 확고하게 바인딩하는' 문제를 해결합니다.
두 가지를 결합하면 홍채 인식은 새로운 프런트 엔드 입구와 더 넓은 응용 시나리오를 얻습니다.
