Wissenschaftler entwickeln von Insekten inspiriertes Bildverarbeitungssystem mit KI‑Fähigkeiten

Forschern ist vor kurzem ein großer Durchbruch auf dem Gebiet des bionischen Sehens gelungen. Damit ebnet die Wissenschaft einen neuen Weg für die mikroskopische Betrachtung und die Entwicklung von High-End-Instrumenten.

Die Studie, eine Zusammenarbeit zwischen der University of Shanghai for Science and Technology und der Duke University in den Vereinigten Staaten, wurde am Donnerstag in der Fachzeitschrift Science Advances veröffentlicht.

Inspiriert von Facettenaugen von Insekten haben Wissenschaftler bereits verschiedene Bildgebungssysteme mit Mikrolinsenarrays und Sensoren entwickelt und damit erste Anwendungen erreicht.

Traditionelle bionische Facettenaugensysteme waren jedoch aufgrund ihrer komplexen 3D-Strukturen und der eingeschränkten räumlichen Auflösung lange Zeit an ihre Grenzen gestoßen, was zu einer verschwommenen Bildgebung führte.

„Unser Ziel ist es, bionische Bildverarbeitungssysteme nicht nur die Welt ‚sehen‘ zu lassen, sondern auch ‚klar zu sehen‘ und zu ‚verstehen‘“, erörtert Zhang Dawei, Professor an der Universität Shanghai für Wissenschaft und Technologie und Leiter des Forschungsteams.

Der innovative Durchbruch beruht auf einer eingehenden bionischen Untersuchung der strukturellen Eigenschaften und Informationsverarbeitungsmechanismen von Arthropoden-Facettenaugen.

Insekten sind auf Hunderte oder Tausende kleiner visueller Einheiten angewiesen, die zusammenarbeiten, um sofort auf komplexe Umgebungen zu reagieren. In Anlehnung daran entwickelte das Team ein kompaktes bionisches Bildverarbeitungssystem mit einer Größe von 0,8 Kubikzentimetern, das in der Lage ist, hochauflösende Vollfarbbildgebung mit ultrahohem Weitfeld (165 ° × 360 °) auf Megapixelebene zu ermöglichen.

Mithilfe von Deep Learning erstellte das Team ein mehrstufiges visuelles Verarbeitungsmodell, das Aufgaben wie hochauflösende Panoramabildrekonstruktion, Weitfeld-Multi-Target-Positionierung, Objekterkennung, Multi-Target-Tracking und 3D-Tracking ausführt.

Dieser Fortschritt soll es dem bionischen Sehen ermöglichen, wirklich „klar zu sehen und zu verstehen“ und traditionelle Grenzen zu überwinden.

Die Forschung sei ein Beispiel für interdisziplinäre Innovation durch die Verschmelzung von Bionik und KI, erklärt Zhuang Songlin, Akademiker an der Chinesischen Akademie für Ingenieurwesen.

Das Team will die bionische Facetten-Auge-Struktur nun verfeinern und konzentriert sich dabei auf Anwendungen in mikro-unbemannten Plattformen, endoskopischen Inspektionsinstrumenten und anderen High-End-Geräten.

Diese Errungenschaft bringt nicht nur KI-gestützte wissenschaftliche Instrumente voran, sondern unterstützt auch Fortschritte in der medizinischen Diagnose, der Umweltüberwachung und der intelligenten Sicherheit und zeigt damit ein starkes Potenzial von der Grundlagenforschung bis hin zu industriellen Anwendungen.