المرة الأولى التي فكر فيها البشر بجدية في "عيون الآلات" لم تكن في المختبر، بل في أعمال الخيال العلمي.
الآن، انتقلت "العين الآلية الإلكترونية" حقًا من الورق إلى نموذج أولي حقيقي: فهي تستخدم عدسة مصنوعة من مواد ناعمة والضوء نفسه بمثابة "طاقة"، ويمكنها رؤية الشعيرات الصغيرة على ساق النملة على المستوى المجهري، وقد تجاوزت قدرتها على التحليل الحد الفسيولوجي للعين البشرية.
هذه ليست "ترقية بسيطة للكاميرا"، ولكنها إعادة بناء "كيف ترى الآلات العالم" من خلال مزيج من البصريات والمواد.
I. ما هي بالضبط هذه "العين الروبوتية"؟
يأتي هذا العمل من فريق في إحدى جامعات الهندسة الكبرى في الولايات المتحدة. ما قاموا بإنشائه ليس "مقلة عين إلكترونية" مقذوفة، بل نظام عدسات إلكترونية ناعمة جديد تمامًا، يُختصر بـ PHySL (عدسة هيدروجيل ناعمة مستجيبة للضوء) باللغة الإنجليزية، والتي تُترجم حرفيًا إلى "عدسة هيدروجيل ناعمة مستجيبة للضوء".
ويمكن تقسيم بنيتها الأساسية على النحو التالي:
● المركز: عدسة بوليمر سيليكون مرنة، تستخدم لإكمال التصوير الأساسي؛
● الحلقة الخارجية: حلقة هيدروجيل سريعة الاستجابة ومدمجة مع الجرافين/أكسيد الجرافين، أي ما يعادل دائرة من "العضلات الهدبية" الاصطناعية؛
● بشكل عام: ناعم تمامًا وقابل للانحناء، بدون عدسات أو محركات أو براغي صلبة.
الجوهر يكمن في: أنه لا يعتمد على أي محركات أو مصادر طاقة خارجية، بل يستخدم الضوء لدفع نفسه للتكبير.
ثانيا. كيف يكمل التركيز مع "الضوء"؟
تعتمد الكاميرات التقليدية أو العيون البشرية على "عضلات" ميكانيكية أو بيولوجية للتركيز.
تأخذ هذه العدسة الإلكترونية مسارًا مختلفًا تمامًا: فهي تستخدم التأثير الحراري الضوئي وتغير حجم المواد لجعل العدسة "تتحرك" بنفسها.
المنطق واضح جدا:
1. الهيدروجيل الخارجي مطلي بالجرافين - يتمتع الجرافين بامتصاص قوي للضوء ويمكنه تحويل الطاقة الضوئية إلى طاقة حرارية.
2. عندما يسلط الضوء عليها، ترتفع درجة الحرارة المحلية - فالهيدروجيل حساس لدرجة الحرارة ويخضع لتمدد أو انكماش عكسي عند تسخينه.
3. يضغط تمدد/انكماش الهيدروجيل على العدسة، وهذا يعادل حلقة من "العضلات التي يحركها الضوء" والتي تمارس تأثيرات ميكانيكية على عدسة السيليكون الوسطى.
4. يتغير انحناء العدسة، ويتغير البعد البؤري وفقًا لذلك - مع تغير الانحناء، تتغير طريقة تقارب الضوء، وتتحرك نقطة التركيز ذهابًا وإيابًا لتحقيق "التكبير اللاسلكي".
في نظام أكثر تعقيدًا، قام الباحثون بدمج هذه العدسة الناعمة في شبكة هيدروجيل ميكروفلويديك، باستخدام نفس شعاع الضوء للتحكم في كل من "التصوير + تبديل قناة السوائل" في نفس الوقت، مما أدى إلى إنشاء نموذج أولي "كاميرا ناعمة خالية من الإلكترونيات".
وهذا يعني أنه في بعض السيناريوهات، يمكن للكاميرا التخلص من الكهرباء والمواد الصلبة وتكتمل فقط بمواد خفيفة وناعمة.
ثالثا. لماذا "رؤيتها أعلى من العين البشرية"؟
استخدمت التقارير الإعلامية عبارة لافتة للنظر: "لقد ابتكر العلماء عينًا روبوتية ذات رؤية أفضل من البشر".
وتفكيكها، هناك جانبان رئيسيان:
1. قوة التحليل تتجاوز الحد الفسيولوجي للعين البشرية
مقيدة بالبنية الفيزيائية للعين البشرية وترتيب شبكية العين، فإن حد دقة العين المجردة يبلغ تقريبًا 100 ميكرومتر. لرؤية الهياكل الأصغر، هناك حاجة إلى المجاهر.
في التحقق التجريبي، يمكن لهذه العدسة اللينة الإلكترونية:
● حل التفاصيل بترتيب حوالي 4 ميكرومتر؛
● قم بتصوير الشعيرات الصغيرة والبنى المجهرية الموجودة على ساق النملة بوضوح.
وفي أبعاد "الدقة" و"قدرة التصوير المجهري قريب المدى"، فقد تجاوز الحد الأعلى المادي للعين المجردة البشرية.
2. يختلف التشكل والتكامل عن البصريات التقليدية
بالمقارنة مع العدسات الزجاجية/البلاستيكية الصلبة، تتميز هذه العدسة الناعمة بعدة خصائص:
● طرية بالكامل ويمكن تشكيلها بشكل متكامل مع جسم الروبوتات الناعمة؛
● لا حاجة للمحركات، أو الأسلاك، أو التروس، مع هيكل بسيط للغاية.
● يعتمد فقط على محرك الضوء ولديه إمكانية "إمداد الطاقة الذاتية".
في البيئات القاسية التي لا يكون دخول الإنسان مناسبًا فيها والعدسات التقليدية غير مناسبة لوضعها (الضغط العالي، المساحات الضيقة، القنوات المنحنية، الكائنات الحية، إلخ)، يصعب على العين البشرية والعدسات التقليدية تحقيق التكامل والقدرة على التكيف لهذه العدسة الناعمة.
وتجدر الإشارة إلى أن الأداء العام لـ "الرؤية" البشرية هو نتيجة شاملة لـ "العيون + الدماغ". في الوقت الحاضر، تُظهر العدسات اللينة الإلكترونية مزايا فقط في جانب "التصوير البصري والتركيز"، ولا تتمتع بإدراك بصري متقدم مشابه للدماغ البشري.
رابعا. أين يمكن استخدامه: من الروبوتات الناعمة إلى الطب طفيف التوغل
لم يتم تصميم هذا النوع من العين الروبوتية الإلكترونية لإضافة خط إضافي من "المعلمات" للهواتف المحمولة، ولكن لتوفير أساس مرئي لمجموعة من الأشكال الجديدة.
يمكن رؤية عدة اتجاهات نموذجية:
1. روبوتات البحث والإنقاذ الناعمة: تحتاج الروبوتات الناعمة التي تتحرك عبر الأنقاض إلى أن يكون لها جسم ناعم وأن تكون قادرة على رؤية التفاصيل بوضوح. من الصعب متابعة تشوهات الجسم من خلال العدسات الصلبة التقليدية، وهذا النوع من العدسات مناسب بشكل طبيعي.
2. التفتيش الزراعي والصناعي يمكنه الاقتراب من أوراق النباتات والفواكه ومفاصل اللحام والهياكل الدقيقة للتصوير قريب المدى عالي الدقة، مما يساعد على تحديد بقع المرض والشقوق والعيوب.
3. الجراحة طفيفة التوغل والتصوير بالمنظار يتم دمج العدسات الناعمة في الطرف الأمامي للقسطرة المرنة والمناظير الداخلية المرنة لتقليل تلف الأنسجة الناجم عن المجسات الصلبة والحفاظ على التركيز التلقائي في المساحات الضيقة.
4. المراقبة المجهرية للعينات البيولوجية يمكن أن تحل محل جزء من عدسات المجهر الموضوعية لصنع وحدات تصوير مجهرية منخفضة التكلفة وقابلة للانحناء للكشف السريع في الموقع.
5. الكشف عن البيئة القاسية في أعماق البحار والضغط العالي والبيئات ذات التأثير القوي، تكون العدسات المرنة أقل عرضة للكسر من العدسات التقليدية وهي أكثر ملاءمة للنشر على المدى الطويل.
ومن منظور المنطق الصناعي، تفتح هذه التكنولوجيا مسارًا جديدًا من "الواجهات الأمامية المرئية الناعمة"، بدلاً من مجرد "ترقية الكاميرات عالية الوضوح بجيل واحد".
V. الجمع بين العيون الآلية الإلكترونية والتعرف على قزحية العين
بعد ذلك، نركز فقط على شيء واحد: ما هي الأهمية العملية لهذا النوع من العين الروبوتية الإلكترونية للتعرف على قزحية العين.
1. "مجمع أمامي" أفضل: توفير صور أنظف للتعرف على قزحية العين
يتم تحديد الحد الأعلى للتعرف على قزحية العين إلى حد كبير من خلال جودة التصوير الأمامي:
● ما إذا كان الملمس واضحا بما فيه الكفاية؛
● ما إذا كان من الممكن التحكم في الانعكاس والانسداد وإزالة التركيز البؤري؛
● ما إذا كان من الممكن تحقيق التحصيل المستقر في حالة عدم التعاون.
تعد العدسات الإلكترونية المرنة مفيدة بشكل مباشر في ثلاثة جوانب:
(1) قدرة عالية الدقة قريبة المدى. نسيج القزحية في حد ذاته هو ميزة ذات بنية مجهرية. تعمل قوة التحليل على مستوى الميكرومتر على توسيع مساحة استخراج الميزات وزيادة حجم المعلومات المشفرة، مما يمكن نظريًا تحسين القدرة على التمييز والقدرة على مكافحة التزييف.
(2) التركيز المرن والوضعية التكيفية يمكن للعدسات اللينة التركيز ديناميكيًا من خلال التحكم في مجال الضوء، مع ضمان وجود القزحية على المستوى البؤري عندما يتحرك الموضوع ذهابًا وإيابًا أو يكون في وضع غير مستقر. وهذا يعني أنه يمكن تقليل متطلبات وضعية الوقوف، ووضعية الرأس، ومستوى التعاون، مما يفضي إلى النشر في القنوات، وسيناريوهات تدفق المشاة، وسيناريوهات تفاعل الروبوت.
(3) القدرة على التكيف المورفولوجي: وحدات القزحية التقليدية عبارة عن "صندوق" بمواضع تركيب محدودة. يمكن للعدسات الإلكترونية المرنة أن:
● أن تكون مدمجة في إطارات الأبواب، والجدران، و"وجه" الروبوتات؛
● أن يتم دمجها في الواجهة الأمامية للأجهزة القابلة للارتداء (النظارات وعصابات الرأس)؛
● ملاءمة الهياكل المنحنية والاندماج في البيئة.
بالنسبة للتعرف على قزحية العين، يعني هذا أن نقاط التجميع يمكن أن تكون أكثر مخفية وطبيعية وتنوعًا.
2. نقل ميزة التعرف على قزحية العين من "المحطات الثابتة" إلى "المحطات المتنقلة" و"المحطات الطرفية المرنة"
معظم أجهزة التعرف على قزحية العين التقليدية هي:
● البوابات الدوارة الثابتة.
● أجهزة سطح المكتب أمام العدادات/النوافذ؛
● بعض المحطات المحمولة.
مع العدسات الإلكترونية المرنة، يمكن أن تظهر أشكال تركيبية جديدة:
(1) روبوتات الخدمة الناعمة: الواجهة الأمامية للروبوت عبارة عن "عين" إلكترونية، تقوم بالملاحة والإدراك البيئي أثناء جمع صور قزحية العين عند الاقتراب من المستخدمين، وتحقيق مصادقة قوية للهوية بدون بطاقة وبدون تلامس.
(2) محطات الدوريات/إنفاذ القانون: يتم دمج الوحدات المرنة في كاميرات الجسم الخاصة بإنفاذ القانون، وشارات الهوية، والخوذات وغيرها من المعدات لإكمال التحقق من الهوية بمستوى أمان أعلى أثناء التفاعل الطبيعي بين الإنسان والإنسان، بدلاً من مطالبة الطرف الآخر بالتوقف والاقتراب من جهاز ثابت.
(3) ربط الهوية في السيناريوهات الطبية يتم دمج العدسات الإلكترونية في الواجهة الأمامية للمناظير الداخلية المرنة والقسطرة ومعدات الفحص لتصوير القزحية في نفس الوقت، مما يؤدي إلى قفل المريض الفريد بهوية القزحية أثناء عملية الجراحة والفحص وإدارة الدواء بأكملها، مما يقلل من حالات عدم التطابق والنزاعات الطبية.
بشكل أساسي، تعمل العيون الآلية الإلكترونية على تحويل التعرف على قزحية العين من "جهاز عند نقطة معينة" إلى "قدرة في النظام"، والتي يمكن دمجها في أي واجهة أمامية مرئية تتطلب مصادقة قوية للهوية.
3. تحسين قوة التعرف في البيئات المعقدة
غالبًا ما يواجه التعرف على قزحية العين العديد من المشكلات في التنفيذ الهندسي:
● الوهج الخارجي والبيئات ذات الإضاءة الخلفية؛
● النظارات والانعكاس والانسداد الجزئي.
● تغييرات كبيرة في حركة المستخدم ووضعيته.
تم تصميم العدسات الإلكترونية المرنة للتعامل مع التشوهات والبيئات المعقدة، ويمكن استخدام خصائصها المادية والهيكلية من أجل:
● ترتيب ملء الضوء وزوايا التصوير بشكل أكثر مرونة لتقليل انعكاس النظارات وإبرازات القرنية.
● على منصات الحركة مثل الروبوتات، يمكنك تخفيف تأثير ضبابية الحركة من خلال التكبير/التصغير التكيفي؛
● اضبط المسار البصري بسرعة في ظل ظروف الإضاءة المختلفة من خلال محرك الضوء نفسه للحصول على جودة تصوير قزحية مستقرة نسبيًا.
سوف ترجع هذه القدرات مباشرة إلى:
● معدل نجاح الاعتراف.
● تجربة المستخدم ("التمرير بالوقوف للحظة" بدلاً من تعديل وضعية الجسم ذهابًا وإيابًا)؛
● نطاق البيئة القابلة للاستخدام (داخلي، شبه خارجي، متنقل).
ملخص
تحل العيون الروبوتية الإلكترونية مشكلة "الرؤية والرؤية بوضوح"، بينما يحل التعرف على قزحية العين مشكلة "التعرف الدقيق والربط الحازم".
عندما يتم الجمع بين الاثنين، يكتسب التعرف على قزحية العين مداخل أمامية جديدة وسيناريوهات تطبيق أوسع.
