La première fois que les humains ont sérieusement pensé aux "yeux des machines" n'était pas dans un laboratoire, mais dans des œuvres de science-fiction.
Aujourd'hui, un véritable "œil robotique bionique" est passé des papiers à un véritable prototype : il utilise une lentille faite de matériaux souples et la lumière elle-même comme "énergie", peut voir les minuscules poils sur la patte d'une fourmi à l'échelle microscopique, et son pouvoir de résolution a dépassé la limite physiologique de l'œil humain.
Ce n'est pas une simple "mise à niveau de l'appareil photo", mais une reconstruction de "la façon dont les machines voient le monde" grâce à la combinaison de l'optique et des matériaux.
I. Qu'est-ce exactement que cet "œil robotique" ?
Ce travail provient d'une équipe d'une université d'ingénierie de premier plan aux États-Unis. Ce qu'ils ont créé n'est pas un "globe oculaire électronique" en coquille, mais un tout nouveau système de lentilles bioniques souples, abrégé en PHySL (photoresponsive hydrogel soft lens) en anglais, ce qui se traduit littéralement par "lentille souple en hydrogel photoréactif".
Sa structure de base peut être décomposée comme suit :
● Centre : Une lentille en polymère de silicone flexible, utilisée pour compléter l'imagerie de base ;
● Anneau extérieur : Un anneau en hydrogel photoréactif intégré avec du graphène/oxyde de graphène, équivalent à un cercle de "muscles ciliaires" artificiels ;
● Global : Entièrement souple et pliable, sans lentilles rigides, moteurs ni vis.
Le cœur réside dans le fait qu'il ne repose sur aucun moteur ni source d'alimentation externe, mais utilise la lumière pour se zoomer.
II. Comment effectue-t-il la mise au point avec la "lumière" ?
Les appareils photo traditionnels ou les yeux humains s'appuient sur des "muscles" mécaniques ou biologiques pour la mise au point.
Cette lentille bionique emprunte une voie complètement différente : elle utilise l'effet photothermique et le changement de volume des matériaux pour faire "bouger" la lentille toute seule.
La logique est très claire :
1. L'hydrogel extérieur est dopé au graphène—le graphène a une forte absorption de la lumière et peut convertir l'énergie lumineuse en énergie thermique.
2. Lorsque la lumière brille dessus, la température locale augmente—l'hydrogel est sensible à la température et subit une expansion ou une contraction réversible lorsqu'il est chauffé.
3. L'expansion/contraction de l'hydrogel comprime la lentille—cela équivaut à un anneau de "muscles entraînés par la lumière" qui exerce des effets mécaniques sur la lentille en silicone du milieu.
4. La courbure de la lentille change et la distance focale change en conséquence—au fur et à mesure que la courbure change, la façon dont la lumière converge change et le point focal se déplace d'avant en arrière pour obtenir un "zoom sans fil".
Dans un système plus complexe, les chercheurs ont intégré cette lentille souple dans un réseau microfluidique en hydrogel, en utilisant le même faisceau de lumière pour contrôler à la fois "l'imagerie + la commutation des canaux de fluide" en même temps, créant un prototype de "caméra souple sans électronique".
Cela signifie que dans certains scénarios, l'appareil photo peut se débarrasser de l'électricité et des matériaux durs et être complété uniquement avec de la lumière et des matériaux souples.
III. Pourquoi sa "vision est-elle supérieure à celle de l'œil humain" ?
Les reportages des médias ont utilisé une déclaration frappante : "Des scientifiques ont créé un œil de robot avec une meilleure vue que les humains".
En le décomposant, il y a principalement deux aspects :
1. Le pouvoir de résolution dépasse la limite physiologique de l'œil humain
Contrainte par la structure physique de l'œil humain et la disposition de la rétine, la limite de résolution à l'œil nu est d'environ 100 micromètres. Pour voir des structures plus petites, des microscopes sont nécessaires.
Lors de la vérification expérimentale, cette lentille souple bionique peut :
● Résoudre les détails de l'ordre de 4 micromètres environ ;
● Imager clairement les minuscules poils et microstructures sur la patte d'une fourmi.
Dans les dimensions de la "résolution" et de la "capacité d'imagerie microscopique rapprochée", elle a dépassé la limite supérieure physique de l'œil nu humain.
2. La morphologie et l'intégrabilité sont différentes de l'optique traditionnelle
Comparée aux lentilles rigides en verre/plastique, cette lentille souple présente plusieurs caractéristiques :
● Entièrement souple et peut être formée intégralement avec le corps des robots souples ;
● Pas besoin de moteurs, de fils ou d'engrenages, avec une structure extrêmement simple ;
● Ne repose que sur l'entraînement par la lumière et a le potentiel de "l'auto-alimentation".
Dans des environnements extrêmes où les humains ne sont pas adaptés à entrer et où les lentilles traditionnelles ne sont pas adaptées à être placées (haute pression, espaces étroits, canaux incurvés, organismes vivants, etc.), l'intégrabilité et l'adaptabilité de cette lentille souple sont difficiles à atteindre pour l'œil humain et les lentilles traditionnelles.
Il est à noter que la performance globale de la "vision" humaine est le résultat global de "yeux + cerveau". À l'heure actuelle, la lentille souple bionique ne présente des avantages que dans l'aspect de "l'imagerie et de la mise au point optiques", et n'a pas de cognition visuelle avancée similaire à celle du cerveau humain.
IV. Où peut-il être utilisé : des robots souples à la médecine mini-invasive
Ce type d'œil robotique bionique n'est pas conçu pour ajouter une ligne supplémentaire de "paramètres" aux téléphones mobiles, mais pour fournir une base visuelle à un lot de nouvelles formes.
Plusieurs directions typiques peuvent être observées :
1. Robots souples de recherche et de sauvetageLes robots souples se déplaçant à travers les décombres doivent avoir un corps souple et être capables de voir clairement les détails. Les lentilles dures traditionnelles sont difficiles à suivre la déformation du corps, et ce type de lentille est naturellement adapté.
2. Inspection agricole et industrielleIl peut s'approcher des feuilles de plantes, des fruits, des joints de soudure et des microstructures pour une imagerie rapprochée à haute résolution, aidant à identifier les taches de maladie, les fissures et les défauts.
3. Chirurgie mini-invasive et imagerie endoscopiqueLes lentilles souples sont intégrées à l'extrémité avant des cathéters flexibles et des endoscopes flexibles pour réduire les dommages tissulaires causés par les sondes rigides et maintenir la mise au point automatique dans les espaces étroits.
4. Observation microscopique d'échantillons biologiquesIl peut remplacer une partie des objectifs de microscope pour créer des modules d'imagerie microscopique pliables et peu coûteux pour la détection rapide sur site.
5. Détection en environnement extrêmeDans les environnements marins profonds, à haute pression et à fort impact, les lentilles flexibles sont moins susceptibles de se casser que les lentilles traditionnelles et sont plus adaptées à un déploiement à long terme.
D'un point de vue logique industriel, cette technologie ouvre une nouvelle voie de "front-ends visuels souples", plutôt que de simplement "mettre à niveau les caméras haute définition d'une génération".
V. La combinaison des yeux robotiques bioniques et de la reconnaissance de l'iris
Ensuite, nous nous concentrons uniquement sur une chose : quelle est la signification pratique de ce type d'œil robotique bionique pour la reconnaissance de l'iris.
1. Un meilleur "collecteur frontal" : fournir des images plus nettes pour la reconnaissance de l'iris
La limite supérieure de la reconnaissance de l'iris est largement déterminée par la qualité de l'imagerie frontale :
● Si la texture est suffisamment claire ;
● Si la réflexion, l'occlusion et la défocalisation sont contrôlables ;
● Si une collecte stable peut être réalisée dans un état non coopératif.
Les lentilles bioniques flexibles sont directement utiles dans trois aspects :
(1) Capacité de haute résolution à courte portéeLa texture de l'iris elle-même est une caractéristique microstructurée. Le pouvoir de résolution au niveau du micromètre élargit l'espace d'extraction des caractéristiques et augmente le volume d'informations codées, ce qui peut théoriquement améliorer la capacité de distinction et d'anti-contrefaçon.
(2) Mise au point flexible et posture adaptativeLes lentilles souples peuvent se concentrer dynamiquement grâce au contrôle du champ lumineux, et garantir que l'iris est toujours sur le plan focal lorsque le sujet se déplace d'avant en arrière ou a une posture instable. Cela signifie que les exigences en matière de position debout, de position de la tête et de niveau de coopération peuvent être réduites, ce qui est propice au déploiement dans les canaux, les scénarios de flux piétonnier et les scénarios d'interaction avec les robots.
(3) Adaptabilité morphologiqueLes modules d'iris traditionnels sont "une boîte" avec des positions d'installation limitées. Les lentilles bioniques flexibles peuvent :
● Être intégrées dans les cadres de porte, les murs et le "visage" des robots ;
● Être intégrées à l'extrémité avant des appareils portables (lunettes, bandeaux) ;
● S'adapter aux structures incurvées et se fondre dans l'environnement.
Pour la reconnaissance de l'iris, cela signifie que les points de collecte peuvent être plus cachés, naturels et diversifiés.
2. Déplacer la reconnaissance de l'iris des "terminaux fixes" aux "terminaux mobiles" et aux "terminaux flexibles"
La plupart des dispositifs de reconnaissance de l'iris traditionnels sont :
● Des tourniquets fixes ;
● Des appareils de bureau devant les comptoirs/fenêtres ;
● Certains terminaux portables.
Avec des lentilles bioniques flexibles, de nouvelles formes de combinaison peuvent émerger :
(1) Robots de service souplesL'extrémité avant du robot est un "œil" bionique, qui effectue la navigation et la perception de l'environnement tout en collectant des images de l'iris lorsqu'il s'approche des utilisateurs, réalisant une authentification d'identité forte sans carte et sans contact.
(2) Terminaux de patrouille/d'application de la loiDes modules flexibles sont intégrés aux caméras corporelles des forces de l'ordre, aux badges d'identification, aux casques et autres équipements pour effectuer une vérification d'identité avec un niveau de sécurité plus élevé lors d'une interaction humaine naturelle, plutôt que d'exiger que l'autre partie s'arrête et s'approche d'un appareil fixe.
(3) Liaison d'identité dans les scénarios médicauxLes lentilles bioniques sont intégrées à l'extrémité avant des endoscopes flexibles, des cathéters et des équipements d'inspection pour la prise de vue de l'iris en même temps, verrouillant le patient unique avec l'identité de l'iris pendant tout le processus de chirurgie, d'inspection et d'administration de médicaments, réduisant les erreurs et les litiges médicaux.
Essentiellement, les yeux robotiques bioniques transforment la reconnaissance de l'iris d'"un appareil à un certain point" en "une capacité dans le système", qui peut être intégrée à n'importe quel front-end visuel qui nécessite une authentification d'identité forte.
3. Améliorer la robustesse de la reconnaissance dans des environnements complexes
La reconnaissance de l'iris rencontre souvent plusieurs problèmes dans la mise en œuvre technique :
● Éblouissement extérieur et environnements rétro-éclairés ;
● Lunettes, réflexion et occlusion partielle ;
● Mouvements importants de l'utilisateur et changements de posture.
Les lentilles bioniques flexibles sont conçues pour les déformations et les environnements complexes, et leurs caractéristiques matérielles et structurelles peuvent être utilisées pour :
● Disposer la lumière d'appoint et les angles d'imagerie de manière plus flexible pour réduire la réflexion des lunettes et les reflets cornéens ;
● Sur les plates-formes de mouvement telles que les robots, amortir l'impact du flou de mouvement grâce au zoom adaptatif ;
● Ajuster rapidement le trajet optique dans différentes conditions d'éclairage grâce à l'entraînement par la lumière elle-même pour obtenir une qualité d'imagerie de l'iris relativement stable.
Ces capacités se répercuteront directement sur :
● Le taux de réussite de la reconnaissance ;
● L'expérience utilisateur ("passer en se tenant debout un instant" au lieu d'ajuster la posture d'avant en arrière) ;
● La plage d'environnement utilisable (intérieur, semi-extérieur, mobile).
Résumé
Les yeux robotiques bioniques résolvent le problème de "voir et voir clairement", tandis que la reconnaissance de l'iris résout le problème de "reconnaître avec précision et de lier fermement".
Lorsque les deux sont combinés, la reconnaissance de l'iris gagne de nouvelles entrées frontales et des scénarios d'application plus larges.
