Đa dạng cấu trúc mắt trong tự nhiên

Mỗi loài động vật tiến hóa để thích nghi với môi trường sống:

• Mắt chim ưng: thị lực siêu sắc bén, độ sâu hình ảnh cao.
• Mắt mèo: đồng tử dạng khe dọc, tối ưu cho việc nhìn trong nhiều mức ánh sáng.
• Mắt cắt mực: đồng tử hình chữ W, thích hợp cho môi trường dưới nước.
• Mắt rắn: đồng tử khe dọc, hỗ trợ săn mồi ban đêm.
• Mắt ếch: đồng tử hình trái tim, giúp tăng khả năng nhận diện màu sắc và độ sâu.

Chính sự đa dạng này đã truyền cảm hứng cho nhóm nghiên cứu tạo ra đồng tử nhân tạo bằng kim loại lỏng, có thể biến đổi hình dạng và phản xạ ánh sáng giống như mắt sinh học.

Công nghệ mắt robot

• “Retina” nhân tạo hình cầu: khác với cảm biến phẳng của camera truyền thống, cấu trúc cong này giúp giảm méo hình và mở rộng góc nhìn siêu rộng.
• Vật liệu nhạy sáng: có khả năng phát hiện từ tia cực tím đến hồng ngoại.
• Hệ thống truyền tín hiệu: sử dụng kim loại lỏng EGaIn trong dung dịch muối. Khi ánh sáng chiếu vào, dòng điện kích hoạt sự dịch chuyển kim loại, tạo xung điện gửi đến đồng tử nhân tạo.
• Cơ chế phản xạ ánh sáng: ánh sáng mạnh → xung điện dồn dập → đồng tử thu hẹp; ánh sáng yếu → xung chậm lại → đồng tử mở rộng. Đồng tử có thể biến đổi thành nhiều hình dạng khác nhau, ví dụ khe dọc như mắt mèo.

Nhóm nghiên cứu nhận định: “Hệ thống này thể hiện tính linh hoạt mạnh mẽ và có tiềm năng mô phỏng phản xạ đồng tử của nhiều loài khác nhau.”

Kết quả thử nghiệm

Trong điều kiện ánh sáng gắt:

• Đồng tử cố định: độ chính xác nhận diện hình ảnh đạt 68,38%.
• Đồng tử thích ứng: độ chính xác tăng lên 83,56%.

Điều này chứng minh khả năng cải thiện đáng kể hiệu suất thị giác máy trong môi trường động.

Hướng phát triển tiếp theo

Các nhà nghiên cứu sẽ:

• Thu nhỏ và tích hợp hệ thống hơn nữa.
• Khám phá thiết kế đồng tử phức tạp hơn, mô phỏng nhiều loài động vật.

Công trình được công bố trên tạp chí Science Robotics với tiêu đề: “Bioinspired adaptive pupil reflex based on liquid-metal shape-shifters for machine vision” (DOI: 10.1126/scirobotics.adx0715).