Šta kamere za robote mogu da nauče od mačjih očiju

Persi Šo je vozio kući kroz maglovitu noć 1933. godine, kad se kraj puta odjednom pojavilo svetlo i zaustavilo ga u mestu.

Prema legendi, bila je to mačka - u njenim očima su se odslikavali farovi i bacali svetlo nazad ka njemu.

„To je jedna od onih srećnih okolnosti“, ispričala je Glenda Šo, Persijeva pranećakinja, za BBC-jev podkast Witness History 2022. Godine.

„Video je odsjaj nečega što ga je nateralo da u momentu stane, a kad je bolje pogledao shvatio je da se nalazi na pogrešnoj strani puta. Da je nastavio dalje, strmoglavio bi se preko litice.“

Taj trenutak ne samo da ga je spasao, već se smatra zaslužnim za inspirisanje Šoa da izmisli reflektivno dugme koje se koristi za obeležavanje puteva, naširoko poznato u njegovoj rodnoj Velikoj Britaniji i drugde u svetu kao „mačje oko“.

Do Šoove smrti 1976. godine proizvedeno je oko 15 miliona mačjih očiju.

Ova dugmad i njihove varijacija i dalje se koriste na putevima širom sveta.

Šo je realizovao vlastitu invenciju kroz „metod probe i grešaka“, prema njegovoj pranećakinji.

„Nije poznavao fiziku i odraze, prelamanja svetla i uglove“, kaže ona.

„Sve je usput sam shvatio.“

Iako njegov dizajn nije bio direktno zasnovan na strukturi pravog mačjeg oka, Šo je pokušao da rekonstruiše refleksiju koju je video te noći koristeći staklene perle.

Kako mačje oči 'sjaje'

Prave mačje oči, međutim, deluju kao da svetle u mraku zbog reflektivnog sloja tkiva iza mrežnjače zvanog tapetum lucidum.

To je posebna struktura koju ljudi nemaju, objašnjava Bejdi Fut, veterinarska oftalmološkinja i klinička docentkinja sa Univerziteta u Tenesiju.

Na latinskom „svetla tapiserija“, ovaj reflektivni sloj pretvara mačje oko u vlastito ogledalo, popravljajući vid u uslovima slabog svetla radi noćnog lova.

On pruža oku drugu priliku da uhvati svetlo koje bi inače bilo izgubljeno.

„Svaki put kad ne pogodi foto-receptor, to se smatra izgubljenim zrakom svetla“, kaže Fut.

Ali u oblasti oka koje ima tapetum lucidum, to svetlo se odbije od njega i može da udari u drugi foto-receptor.

„Izgleda kao da blešti nazad na vas toliko jarko zato što se zenice šire noću kad je svetlo slabo“, kaže Fut, omogućujući da se deo tog reflektovanog svetla takođe odbije.

Boja tog sjaja varira od mačke do mačke, od narandžaste i žute sve do zelene, zavisno od pigmenta u njihovom tkivu.

Ali daleko od toga da su mačke jedine životinje koje imaju ovaj reflektivni sloj, zbog čega možete da primetite da u mraku sijaju oči i drugih životinja.

„Psi, mačke, konji, stoka – sve te životinje imaju tapetum“, kaže Fut.

Kamere sa mačjim okom

Decenijama nakon Šoovog izuma, savremeni inženjeri sada koriste anatomiju mačjeg oka kao inspiraciju za tehnologiju visokotehnološke kamere, pravljene da se koristi u robotima, dronovima i automatizovanim vozilima.

Jang Min Song, profesor elektrotehnike sa Korejskog naprednog instituta nauke i tehnologije, želeo je napravi kameru koja može da radi u širokom dijapazonu uslova osvetljenja, baš kao i da izdvaja predmete u natrpanim okruženjima.

Da bi to uradio, prvo je pokušao da oponaša mačji tapetum lucidum.

Kod prave mačke, on je napravljen od ćelija koje sadrže kristale hemikalija u obliku šipki kao što su riboflavin i cink, nameštenih tako da reflektuju svetlo.

Song kaže da se oponašanje te nanostrukture kroz hemijski inženjering pokazalo suviše teškim, tako da je njegov tim umesto toga koristio izuzetno reflektujući srebrni materijal iza senzora slike da bi napravio veštački reflektor, što je uspelo da pojača apsorpciju vidljivog svetla kamere za 52 odsto.

Posle toga, Song se okrenuo drugom prepoznatljivom svojstvu mačjeg oka – obliku uzanog, vertikalnog reza koji njena zenica poprimi na jarkom svetlu.

Istraživanje sugeriše da bi ovo moglo da pomaže mačkama da procenjuju udaljenost, omogućavajući im da razaznaju plen sateran u ćošak u gužvi okolne vegetacije.

Song je razmišljao: „Ako izradim kamere inspirisane mačjim okom sa vertikalnom zenicom, onda bi to moglo biti korisno za eliminisanje kompletne šumovite pozadine. Onda možete jasno da vidite određeni predmet.“

Savremeni kompjuterski sistemi vida već mogu da izoluju predmete iz zagušenih scena, baš kao što režim portreta na pametnom telefonu zamagli pozadinu iza osobe.

Ali činiti to često zahteva značajnu procesorsku snagu.

Songova ideja bila je da ugradi deo te sposobnosti direktno u samu kameru primenivši vertikalnu zenicu inspirisanu mačkom za njen otvor blende – rupe u objektivu kamere koja pušta svetlo na njen senzor.

Da bi testirao tu ideju, Songov tim je fotografisao predmete sa šumovitim pozadinama koristeći i normalni kružni otvor blende i onaj vertikalnog oblika.

Sa kružnim otvorom blende, i predmet i pozadinski šum ostali su oštri.

Ali kod vertikalnog otvora, predmet je ispao značajnije oštriji.

Za sada, otvor blende mora da se menja ručno a ne da se namešta automatski na nivoe svetla, kao što to rade mačje oči – što je izazov za koji Song kaže da želi da reši u budućnosti.

Još neke oči vredne kopiranja

Kao i kod kamere inspirisane mačjom vrstom, Song i njegove kolege su izradile nekoliko kamera zasnovanih na očima drugih životinja.

Veruje da postoji potencijal za stotine dizajna koji uzimaju inspiraciju iz prirode.

„Muve imaju izbuljene oči i mogu da vide istovremeno svuda“, kaže.

Dizajnirao je kameru 2013. godine na osnovu oka muve dok je bio na Univerzitetu u Ilinoisu Urbana-Šampejn.

„Ona ima izuzetno širok opseg vida i veoma brzo prepoznaje objekte“, što savršeno odgovara upotrebi kod robotskih dronova.

Baš kao i jedna druga kamera koju je izradila njegova laboratorija, a modelovana po orlovom oku.

Ona dočarava oštru, uvećanu sliku u središtu vidnog polja, dok istovremeno primećuje i široku periferiju niže rezolucije.

„Možete da razmišljate o tome koja životinja bi mogla biti najbolja za konkretnu primenu“, kaže on.

On trenutno proučava pauka skakača, za kog kaže da je jedan od najjedinstvenijih sistema vida u prirodi.

„Imaju ukupno osam očiju… prednje, bočne, čak i zadnje, i mogu da vide svuda. Istovremeno, što se tiče prednjih očiju, one mogu da detektuju tačnu dubinu samo sa jednim okom“, kaže Song.

Ovi paukovi mogu da procene udaljenost sa visokom preciznošću zato što imaju višeslojnu mrežnjaču, koja im omogućuje da izvode izuzetno precizne skokove a da ne promaše cilj, objašnjava on.

Song kaže da kamera izgrađena na istom principu može biti adaptirana za zadatke koji zahtevaju izuzetno precizno merenje udaljenosti, kao što su sistemi za navođenje projektila.

Iako većina savremenih sistema kamere kao onaj u vašem telefonu predominantno imitira ljudsko oko, Song kaže da kamere inspirisane vidom životinja mogu da imaju specijalističku namenu, „za robote, industriju, dronove ili bilo koji drugi robotski sistem sledeće generacije“.

BBC na srpskom je od sada i na TikToku, pratite nas OVDE.

Pratite nas na Fejsbuku, Tviteru, Instagramu, Jutjubu i Vajberu. Ako imate predlog teme za nas, javite se na bbcnasrpskom@bbc.co.uk