Ar technologijos gali ne tik sugrąžinti regėjimą, bet ir suteikti žmogui gebėjimų, kurių biologinė akis neturi? Honkongo mokslo ir technologijos universiteto mokslininkų vadovaujama tarptautinė tyrėjų komanda žengė dar vieną žingsnį šia kryptimi – sukūrė žmogaus akies veikimo principais paremtą bioninę akį, gebančią fiksuoti spalvotus vaizdus, aptikti judesį ir aprėpti daugiau nei 160 laipsnių regėjimo lauką.
Naujojoje dirbtinėje tinklainėje yra beveik 400 tūkst. pikselių, o ateityje tyrėjai siekia jų skaičių padidinti iki milijono. Vis dėlto užfiksuoti itin detalų vaizdą – tik viena problemos dalis. Kur kas sudėtingesnis klausimas – kaip šią informaciją perduoti žmogaus smegenims ir paversti signalu, kurį jos gebėtų interpretuoti.
Ar bioninė akis iš tiesų galėtų sugrąžinti regėjimą, o gal ateityje leistų matyti net tai, ko žmogaus akis šiandien nemato?
Akis fiksuoja, smegenys mato
Kauno technologijos universiteto Elektros ir elektronikos fakulteto (KTU EEF) profesorius, Dirbtinio intelekto kompetencijų centro mokslininkas Vidas Raudonis pasakoja, kad žodis „bioninė“ savyje jungia ir robotišką, ir biologinį pradą.
„Bioninė akis tiesiogiai jungiama prie žmogaus smegenų srities, atsakingos už vaizdo apdorojimą, todėl regėjimo netekęs žmogus gali vėl matyti šviesą. Technologiškai bioninė akis nedaug skiriasi nuo klasikinių vaizdo jutiklių ir kamerų. Tačiau pagrindinis skirtumas – technologija, leidžianti jutikliu užfiksuotą vaizdą paversti elektriniais stimulais ir juos perduoti į smegenų žievę“, – aiškina V. Raudonis.
Pasak KTU mokslininko, bioninės akies technologija pirmiausia skirta regėjimą praradusiems žmonėms. Regėjimo netenkama dėl įvairių priežasčių – pavyzdžiui, mechaninių pažeidimų ar tokių ligų kaip diabetinė retinopatija. Tokiais atvejais žmogaus smegenyse jau yra susiformavusios už vaizdo apdorojimą atsakingos sritys, todėl ši technologija galėtų padėti bent iš dalies atkurti regėjimą.
„Yra žmonių, kurie gimė akli. Jų smegenyse regos sritys nėra susiformavusios taip, kaip reginčių žmonių, nes jas gali būti perėmusios, pavyzdžiui, už klausą atsakingos sritys. Todėl tokie žmonės tam tikra prasme mato ausimis. Manau, bioninė akis jiems nepadėtų, nes jų smegenys nesuprastų, ką daryti su vaizdiniu stimulu“, – teigia jis.
Milijonų pikselių neužtenka
Vienas didžiausių bioninės akies technologinių iššūkių – užfiksuoto vaizdo signalo perdavimas ir pikselių pavertimas elektriniais stimulais, kuriuos galėtų suprasti žmogaus smegenys. V. Raudonis atkreipia dėmesį, kad žmogaus akyse yra apie 100 milijonų fotoreceptorių, susijusių su milijardais neuronų smegenų žievėje.
„Mes negalime pakaušyje prigręžioti skylučių ir prikaišioti milijonų elektrodų. Todėl šiuo metu bioninė akis leidžia matyti spalvas, formas ir šešėlius, tačiau dėl santykinai nedidelės stimuliuojamos smegenų srities dar negalime perteikti aiškių vaizdo detalių, pavyzdžiui, tekstūros ar aiškaus žmogaus veido atvaizdo“, – pažymi jis.
Būtent todėl, anot KTU profesoriaus, vien didelė bioninės akies raiška dar negarantuoja, kad žmogus matys tokios pat raiškos vaizdą. Išmanieji telefonai jau dabar gali užfiksuoti iš šimtų milijonų pikselių sudarytus vaizdus, tačiau biologinė akis veikia kitaip. Joje yra santykinai nedidelė sritis, atsakinga už ryškų vaizdą, o periferijoje jis tampa mažiau ryškus. Tačiau ši regėjimo dalis svarbi judesiui aptikti.
„Visas didelės raiškos vaizdas mūsų smegenyse sukuriamas iš mažų vaizdo fragmentų. Jei yra nematomų sričių, smegenys mėgsta pripiešti trūkstamą informaciją“, – dalijasi jis.
Bioninė akis be laidų
Tobulėjant technologijoms, vaizdo jutikliai tampa vis mažesni ir kompaktiškesni, todėl juos galima integruoti įvairiose vietose ir ertmėse. Pasak V. Raudonio, ankstesnės bioninės akies versijos būdavo gana didelės ir montuojamos ant akinių rėmelio, o jungtis tarp vaizdo jutiklio ir smegenų buvo fizinė. Laidai būdavo tiesiami pro kaukolėje padarytą angą iki smegenų žievėje esančių elektrodų, todėl toks sprendimas nebuvo patrauklus.
„Šiuo metu vaizdai į elektrodus jau gali būti perduodami belaidžiu būdu. Naujosiose technologijose baterijų energija naudojama efektyviai, o kameromis užfiksuoti spalvoti vaizdai radijo bangomis perduodami po kaukole implantuotam mikroprocesoriui“, – pasakoja jis.
Vis dėlto, nepaisant technologinės pažangos, išlieka neišspręstų iššūkių. KTU mokslininko teigimu, vienas svarbiausių – sukurti sveikatai saugią sąsają tarp vaizdo jutiklių, regos nervų ir smegenų. Ne mažiau svarbios ir naudojamos medžiagos – jos turi būti biologiškai suderinamos su žmogaus organizmu, kad šis jų neatmestų.
Bioninė akis galėtų matyti ir šilumą
Bioninės akies kūrėjai siekia kuo tiksliau atkartoti biologinės akies funkcijas, kad žmogaus smegenys gaunamą vaizdą galėtų interpretuoti panašiai kaip natūralaus regėjimo atveju. Pasak V. Raudonio, tokia technologija ateityje galėtų leisti matyti įprastas spalvas, tekstūras, o galbūt suteikti ir trimatę regą.
„Bioninė akis galėtų ne tik atkartoti biologinės akies funkcijas, bet ir suteikti galimybę regėti tą elektromagnetinių bangų spektro dalį, kurios žmogaus akis nemato. Pavyzdžiui, galėtume matyti šilumą“, – pasakoja jis.
Bioninės akies veikimo principai gali būti pritaikomi ne tik žmogaus regėjimui atkurti, bet ir robotikoje. Anot KTU profesoriaus, mobiliesiems robotams rega yra itin svarbi, todėl jų gebėjimas matyti kuriamas pasitelkiant kompiuterinės regos technologijas. Vis dėlto itin didelės raiškos vaizdo kameroms reikia daug kompiuterinių išteklių, todėl kompiuterinės regos uždaviniams dažnai pasirenkamos mažesnės raiškos, tačiau didelės spartos kameros.
„Tinklainės principu veikianti bioninė akis leistų sumažinti duomenų kiekį, kurį kompiuteriui reikėtų apdoroti realiuoju laiku. Dėl to robotui pakaktų mažesnio kompiuterio, o kartu – ir mažesnio akumuliatoriaus“, – aiškina jis.
Vis dėlto, kalbant apie bioninės akies pritaikymą žmogui, iki plačiau naudojamos regėjimo alternatyvos dar reikia technologinio proveržio. V. Raudonio teigimu, pažanga būtina medžiagų moksle, siekiant užtikrinti biologinį suderinamumą, taip pat kuriant technologijas, kurios leistų prie vaizdo jutiklio tiesiogiai prijungti daugiau neuronų.
Dabartinės technologijos jau leidžia bent iš dalies atkurti regėjimą – matyti spalvas ir šešėlius. Tačiau, pasak KTU mokslininko, kol kas jų taikymas susijęs su rizika sveikatai, todėl dar kurį laiką šios technologijos greičiausiai bus aktualios tik žmonėms, pasirengusiems rizikuoti savo sveikata.
About the Author
