Jinu
Intern Writer
Đôi khi, những giải pháp công nghệ đột phá nhất lại không đến từ những phòng thí nghiệm hiện đại, mà từ chính thế giới tự nhiên quanh ta. Chúng ta thường nghĩ công nghệ là cuộc chiến không ngừng nghỉ để vượt qua giới hạn tự nhiên, nhưng thực tế, những ý tưởng tuyệt vời nhất lại thường được lấy cảm hứng trực tiếp từ chính thế giới mà chúng ta đang cố gắng "cải thiện".
Hãy thử nhìn vào loài nhện nhảy – những sinh vật nhỏ bé nhưng sở hữu khả năng định vị không gian đáng kinh ngạc. Dù bộ não chỉ bé bằng hạt thuốc phiện, chúng lại có thị giác cực kỳ tinh tường để săn mồi, tránh kẻ thù và di chuyển linh hoạt. Bí mật nằm ở cấu trúc mắt độc đáo: thay vì chỉ có một lớp võng mạc như con người, nhện nhảy có nhiều lớp, mỗi lớp lại thu nhận hình ảnh với một tiêu điểm hơi khác nhau. Một lớp có thể nhìn rõ vật thể, trong khi lớp khác lại thấy hơi mờ. Chính sự khác biệt về độ sắc nét này giúp chúng tính toán khoảng cách cực kỳ hiệu quả.
Như Emma Alexander, một nhà khoa học máy tính tại Đại học Northwestern, đã giải thích, nhện nhảy luôn thu thập nhiều cấp độ tiêu điểm cùng lúc. Bộ não của chúng sẽ so sánh những khác biệt về độ sắc nét này để đánh giá khoảng cách.
Khả năng phi thường đó đã truyền cảm hứng cho cô Alexander và các đồng nghiệp tạo ra SpiderCam – một chiếc camera 3D cực kỳ tiết kiệm năng lượng. Họ đã giới thiệu nghiên cứu của mình vào ngày 7 tháng 6 tại Hội nghị về Thị giác Máy tính và Nhận dạng Mẫu của Quỹ Thị giác Máy tính ở Denver, Colorado. Mục tiêu của nhóm là mượn những nguyên tắc tương tự từ tự nhiên để phát triển một cảm biến chiều sâu hiệu quả, có thể dùng trong những môi trường hạn chế tài nguyên, nơi không có nguồn điện dồi dào.
SpiderCam hoạt động dựa trên nguyên lý tương tự cách nhện nhảy ước tính khoảng cách trước khi vồ mồi. Nó chụp hai phiên bản của cùng một hình ảnh, mỗi phiên bản có cài đặt tiêu điểm hơi khác biệt. Sau đó, một thuật toán tùy chỉnh sẽ phân tích sự khác biệt về độ mờ giữa hai hình ảnh, rồi chuyển đổi những khác biệt đó thành các phép đo chiều sâu theo thời gian thực. Điều ấn tượng là SpiderCam chỉ tiêu thụ chưa đến 1 watt điện để tạo ra bản đồ 3D theo thời gian thực. Để dễ hình dung, một chiếc đèn ngủ thông thường còn tốn nhiều năng lượng hơn thế.
Nguyên mẫu này, với thuật toán được tích hợp trong một chip máy tính tùy chỉnh để xử lý tiết kiệm năng lượng, có thể tạo ra bản đồ chiều sâu với tốc độ 32,5 khung hình mỗi giây, chỉ tiêu thụ 624 milliwatt điện.
Cô Alexander đặc biệt quan tâm đến những tình huống mà nguồn lực bị hạn chế, không thể cắm camera vào ổ điện. Chẳng hạn, công nghệ này có thể triển khai ở các khu vực thực địa với nguồn điện giới hạn, hoặc ứng dụng trong thực tế tăng cường (AR), nơi chúng ta cần biết vị trí chính xác của các vật thể xung quanh để tương tác với thế giới vật lý. Hầu hết các camera 3D hiện nay tuy tốt nhưng lại đòi hỏi sức mạnh tính toán đáng kể, tiêu tốn nhiều năng lượng và phần cứng đắt đỏ.
Phát minh lấy cảm hứng từ nhện này hứa hẹn mở ra cánh cửa cho một thế hệ thiết bị chạy bằng pin mới, như các thiết bị hỗ trợ, công nghệ đeo trên người, robot và máy bay không người lái, những thứ cần khả năng đánh giá môi trường xung quanh. Trong tương lai, nhóm nghiên cứu dự định cải tiến công nghệ và tích hợp nó vào các robot nhỏ cũng như thiết bị đeo.
Hãy thử nhìn vào loài nhện nhảy – những sinh vật nhỏ bé nhưng sở hữu khả năng định vị không gian đáng kinh ngạc. Dù bộ não chỉ bé bằng hạt thuốc phiện, chúng lại có thị giác cực kỳ tinh tường để săn mồi, tránh kẻ thù và di chuyển linh hoạt. Bí mật nằm ở cấu trúc mắt độc đáo: thay vì chỉ có một lớp võng mạc như con người, nhện nhảy có nhiều lớp, mỗi lớp lại thu nhận hình ảnh với một tiêu điểm hơi khác nhau. Một lớp có thể nhìn rõ vật thể, trong khi lớp khác lại thấy hơi mờ. Chính sự khác biệt về độ sắc nét này giúp chúng tính toán khoảng cách cực kỳ hiệu quả.
Như Emma Alexander, một nhà khoa học máy tính tại Đại học Northwestern, đã giải thích, nhện nhảy luôn thu thập nhiều cấp độ tiêu điểm cùng lúc. Bộ não của chúng sẽ so sánh những khác biệt về độ sắc nét này để đánh giá khoảng cách.
Khả năng phi thường đó đã truyền cảm hứng cho cô Alexander và các đồng nghiệp tạo ra SpiderCam – một chiếc camera 3D cực kỳ tiết kiệm năng lượng. Họ đã giới thiệu nghiên cứu của mình vào ngày 7 tháng 6 tại Hội nghị về Thị giác Máy tính và Nhận dạng Mẫu của Quỹ Thị giác Máy tính ở Denver, Colorado. Mục tiêu của nhóm là mượn những nguyên tắc tương tự từ tự nhiên để phát triển một cảm biến chiều sâu hiệu quả, có thể dùng trong những môi trường hạn chế tài nguyên, nơi không có nguồn điện dồi dào.
SpiderCam hoạt động dựa trên nguyên lý tương tự cách nhện nhảy ước tính khoảng cách trước khi vồ mồi. Nó chụp hai phiên bản của cùng một hình ảnh, mỗi phiên bản có cài đặt tiêu điểm hơi khác biệt. Sau đó, một thuật toán tùy chỉnh sẽ phân tích sự khác biệt về độ mờ giữa hai hình ảnh, rồi chuyển đổi những khác biệt đó thành các phép đo chiều sâu theo thời gian thực. Điều ấn tượng là SpiderCam chỉ tiêu thụ chưa đến 1 watt điện để tạo ra bản đồ 3D theo thời gian thực. Để dễ hình dung, một chiếc đèn ngủ thông thường còn tốn nhiều năng lượng hơn thế.
Nguyên mẫu này, với thuật toán được tích hợp trong một chip máy tính tùy chỉnh để xử lý tiết kiệm năng lượng, có thể tạo ra bản đồ chiều sâu với tốc độ 32,5 khung hình mỗi giây, chỉ tiêu thụ 624 milliwatt điện.
Cô Alexander đặc biệt quan tâm đến những tình huống mà nguồn lực bị hạn chế, không thể cắm camera vào ổ điện. Chẳng hạn, công nghệ này có thể triển khai ở các khu vực thực địa với nguồn điện giới hạn, hoặc ứng dụng trong thực tế tăng cường (AR), nơi chúng ta cần biết vị trí chính xác của các vật thể xung quanh để tương tác với thế giới vật lý. Hầu hết các camera 3D hiện nay tuy tốt nhưng lại đòi hỏi sức mạnh tính toán đáng kể, tiêu tốn nhiều năng lượng và phần cứng đắt đỏ.
Phát minh lấy cảm hứng từ nhện này hứa hẹn mở ra cánh cửa cho một thế hệ thiết bị chạy bằng pin mới, như các thiết bị hỗ trợ, công nghệ đeo trên người, robot và máy bay không người lái, những thứ cần khả năng đánh giá môi trường xung quanh. Trong tương lai, nhóm nghiên cứu dự định cải tiến công nghệ và tích hợp nó vào các robot nhỏ cũng như thiết bị đeo.
