క్యాట్స్ ఐ: 'రోడ్లపై మెరిసే దిమ్మలకు, రోబో కెమెరాలకు పిల్లి కళ్లే స్ఫూర్తి'

1933లో ఓ పొగమంచు కమ్ముకున్న రాత్రి పెర్సీ షా ఇంటికి తన కారులో వెళ్తున్నారు. ఇంతలో రహదారి పక్కన ఓ వెలుగు కనిపించి.. ఆయనను ఒక్కసారిగా కారు ఆపేలా చేసింది. ఆ వెలుగు ఓ పిల్లిదేనని చెబుతారు. కారు హెడ్‌లైట్ల కాంతి దాని కళ్లపై పడి.. తిరిగి నేరుగా ఆయనవైపు పరావర్తనం చెందింది.

"అది అనుకోకుండా జరిగిన ఒక సంఘటన" అని పెర్సీకి సమీప బంధువైన గ్లెండా షా 2022లో బీబీసీ 'విట్నెస్ హిస్టరీ' పాడ్‌కాస్ట్‌లో చెప్పారు.

"ఏదో మెరవడం చూసి ఆయన కారు ఆపారు. తీరా గమనిస్తే తాను రోడ్డుకు తప్పు వైపున ఉన్నట్లు గ్రహించారు. అలాగే నేరుగా వెళ్లి ఉంటే, ఆయన లోయలో పడిపోయేవారు" అన్నారు.

ఆ క్షణం షాను కాపాడటమే కాకుండా, రోడ్డు మార్కింగ్‌లలో ఉపయోగించే రిఫ్లెక్టివ్ స్టడ్‌ను కనిపెట్టేలా ఆయనకు స్ఫూర్తినిచ్చింది. షా సొంత దేశమైన యూకేలో వీటిని సాధారణంగా 'క్యాట్స్ ఐ' అని పిలుస్తారు.

1976లో షా మరణించే నాటికి సుమారు 1.5 కోట్ల ‘క్యాట్స్‌ ఐ’లు తయారయ్యాయి. వీటి ఆధారంగా రూపొందించిన స్టడ్స్‌, వాటి వివిధ రూపాలు ఇప్పటికీ ప్రపంచవ్యాప్తంగా రహదారులపై ఉపయోగిస్తున్నారు.

భారత్‌లోనూ వీటి వినియోగం ఉంది.

పెర్సీ షా తన ఆవిష్కరణను "ప్రయోగాలు చేస్తూ, తప్పుల నుంచి నేర్చుకుంటూ" అభివృద్ధి చేశారని ఆయన బంధువైన గ్లెండా షా చెప్పారు.

"షాకు భౌతిక శాస్త్రం, పరావర్తనాలు, వక్రీభవనాలు, కోణాల గురించి తెలియదు. ఆయనే స్వయంగా దానిని కనుక్కున్నారు" అన్నారామె.

ఆయన డిజైన్ నేరుగా పిల్లి కంటి నిర్మాణం ఆధారంగా లేకపోయినప్పటికీ, ఆ రాత్రి తాను చూసిన కాంతి పరావర్తనాన్ని.. గాజు పూసలను ఉపయోగించి పునరావృతం చేయడానికి షా ప్రయత్నించారు.

పిల్లి కళ్లు ఎలా మెరుస్తాయి?

నిజమైన పిల్లుల కళ్లూ చీకట్లో మెరుస్తున్నట్లు కనిపిస్తాయి. ఇందుకు కారణం వాటి రెటీనా వెనుక ఉండే టాపీటమ్‌ లూసిడమ్‌.

ఇది మనుషులకు లేని ఒక ప్రత్యేకమైన నిర్మాణమని టేనస్సీ విశ్వవిద్యాలయానికి చెందిన వెటర్నరీ ఆప్తాల్మాలజిస్ట్, క్లినికల్ అసోసియేట్ ప్రొఫెసర్ బ్రైడీ ఫూట్ చెప్పారు.

"ప్రకాశవంతమైన వస్త్రం(బ్రైట్ టాపస్రీ)" అనే అర్థం వచ్చే లాటిన్‌ పదం నుంచి టాపీటమ్‌ లూసిడమ్‌ అనే పేరు వచ్చింది. ఈ పరావర్తన పొర పిల్లి కంటినే ఒక అద్దంలా మార్చేస్తుంది. తక్కువ వెలుతురులోనూ బాగా చూడటానికి సహాయపడుతుంది.

ముఖ్యంగా రాత్రివేళ వేటాడే పిల్లులకు ఇది ఉపయోగపడుతుంది. సాధారణంగా వృథా అయ్యే కాంతిని మరోసారి అందిపుచ్చుకునే అవకాశం ఈ పొర పిల్లి కంటికి కల్పిస్తుంది.

"కంటిలోని ఫొటోరిసెప్టర్‌ను కాంతికిరణం తాకకుండా వెళ్లిపోయిన ప్రతిసారీ.. అది వృథా అయిన కాంతికిరణంగా పరిగణిస్తాం" అని ఫూట్ అన్నారు.

కానీ, టాపీటమ్‌ లూసిడమ్‌ ఉన్న కంటి భాగంలో, ఆ కాంతి ప్రతిఫలించి మరో ఫోటోరిసెప్టర్‌ను తాకగలదు

"అది మీ వైపు అంత ప్రకాశవంతంగా మెరుస్తున్నట్లు కనిపించడానికి కారణం... తక్కువ వెలుతురు ఉన్నప్పుడు రాత్రి పూట వాటి కంటిపాప బాగా పెద్దదిగా తెరచుకోవడమే. దీంతో పరావర్తనం చెందిన కాంతిలో కొంత భాగం మళ్లీ బయటకు వస్తుంది" అని ఫూట్ చెప్పారు.

ఆ కాంతి మెరుపు రంగు ఒక్కో పిల్లిలో ఒక్కోలా ఉంటుంది. కణజాలంలోని వర్ణద్రవ్యాలను బట్టి అది నారింజ, పసుపు నుంచి ఆకుపచ్చ వరకు వివిధ రంగుల్లో కనిపిస్తుంది. అయితే, ఈ పరావర్తన పొర కేవలం పిల్లులలో మాత్రమే ఉండదు. అందుకే ఇతర జంతువుల కళ్లు కూడా మెరవడం మీరు గమనించవచ్చు.

"కుక్కలు, పిల్లులు, గుర్రాలు, పశువులు, ఈ జంతువులన్నింటికీ టపెటమ్ ఉంటుంది" అని ఫూట్ చెబుతున్నారు.

క్యాట్-ఐ కెమెరాలు

షా ఆవిష్కరణ జరిగిన దశాబ్దాల తర్వాత, ప్రస్తుత ఇంజనీర్లు పిల్లి కంటి నిర్మాణాన్ని స్ఫూర్తిగా తీసుకుని అత్యాధునిక కెమెరా సాంకేతికతను అభివృద్ధి చేస్తున్నారు. వీటిని రోబోలు, డ్రోన్లు, డ్రైవర్ లేకుండా నడిచే స్వయంచాలక వాహనాల్లో ఉపయోగించేలా డిజైన్ చేస్తున్నారు.

కొరియా అడ్వాన్స్‌డ్ ఇన్‌స్టిట్యూట్ ఆఫ్ సైన్స్ అండ్ టెక్నాలజీలో ఎలక్ట్రికల్ ఇంజనీరింగ్ ప్రొఫెసర్‌గా పనిచేస్తున్న యంగ్ మిన్ సాంగ్.. వివిధ రకాల కాంతి పరిస్థితుల్లో పనిచేయడంతో పాటు, అస్తవ్యస్తంగా ఉన్న పరిసరాల్లో సైతం వస్తువులను స్పష్టంగా గుర్తించగల ఒక కెమెరాను తయారు చేయాలనుకున్నారు.

అందుకోసం, పిల్లి కంటిలోని టాపీటమ్‌ లూసిడమ్‌ పనితీరును అనుసరించేలా కెమెరాను తయారు చేయడానికి ప్రయత్నించారు.

నిజానికి పిల్లి కంటిలోని ఈ పొర, కాంతిని పరావర్తనం చెందించేలా అమర్చిన కణాలతో కూడి ఉంటుంది. ఆ కణాలలో రైబోఫ్లేవిన్, జింక్ రసాయనాలకు చెందిన కడ్డీ ఆకారపు స్ఫటికాలు ఉంటాయి.

కెమికల్ ఇంజనీరింగ్ ద్వారా అటువంటి నానో నిర్మాణాన్ని సృష్టించడం చాలా కష్టమని సాంగ్ చెప్పారు. అందుకే, ఆయన బృందం దానికి బదులుగా ఇమేజ్ సెన్సార్ వెనుక కాంతిని పరావర్తనం చెందించే ఒక వెండి పదార్థాన్ని ఉపయోగించి కృత్రిమ రిఫ్లెక్టర్‌ను తయారు చేశారు. దీని ద్వారా కెమెరా కాంతిని గ్రహించే సామర్థ్యాన్ని 52 శాతం వరకు పెంచగలిగారు.

ఆ తర్వాత, పిల్లి కంటికి ఉన్న మరో ప్రత్యేక లక్షణంపై సాంగ్ దృష్టి సారించారు. అదేమిటంటే.. ఎక్కువ వెలుతురు ఉన్నప్పుడు వాటి కంటిపాప సన్నగా, నిలువుగా చీలిక ఆకారంలోకి మారుతుంది.

ఇలా మారడం వల్ల పిల్లులు దూరాన్ని కచ్చితంగా అంచనా వేయగలుగుతాయని, చుట్టూ చెట్లు, పొదలు దట్టంగా ఉన్నప్పటికీ అక్కడి పరిస్థితులకు అనుగుణంగా దాగి ఉన్న ఎరను సులభంగా పట్టుకోగలవని పరిశోధనలు చెబుతున్నాయి.

"పిల్లి కంటిపాపను పోలి ఉండి, నిలువుగా ఉండే ప్యూపిల్‌ ఆకారంతో ఒక కెమెరాను అభివృద్ధి చేయగలిగితే, అనవసరమైన బ్యాక్‌గ్రౌండ్ తొలగించడానికి అది ఉపయోగపడుతుంది. అప్పుడు మనం వస్తువును చాలా స్పష్టంగా చూడవచ్చు" అని సాంగ్ అభిప్రాయపడ్డారు.

ఏదేనీ చిత్రంలో వ్యక్తి వెనుక ఉన్న బ్యాక్‌గ్రౌండ్‌ను స్మార్ట్‌ఫోన్‌లోని పోర్ట్రెయిట్ మోడ్ ఎలాగైతే బ్లర్ చేస్తుందో, సరిగ్గా అలాగే ఆధునిక కంప్యూటర్ విజన్ సిస్టమ్స్ కూడా రద్దీగా ఉండే దృశ్యాల నుంచి వస్తువులను స్పష్టంగా వేరు చేయగలవు. కానీ, ఇందుకోసం చాలా ప్రాసెసింగ్ పవర్ అవసరమవుతుంది.

సాంగ్ ఆలోచన ఏమిటంటే, కెమెరా ఎపర్చరును (సెన్సార్‌పైకి కాంతిని ప్రసరింపజేసే కెమెరా లెన్స్‌లోని రంధ్రం) పిల్లి కంటిపాపలాగా నిలువు ఆకారంలో మార్చడం ద్వారా, పైన చెప్పిన సామర్థ్యాలను నేరుగా కెమెరాలోనే పొందుపరచడం.

ఈ ఆలోచనను పరీక్షించడానికి, సాంగ్ బృందం అస్తవ్యస్తమైన బ్యాక్‌గ్రౌండ్ ఉన్న వస్తువులను రెండు రకాలుగా ఫోటోలు తీశారు. ఒకటి సాధారణ గుండ్రటి ఎపర్చరుతో, మరొకటి నిలువు ఆకారంలో ఉన్న ఎపర్చరుతో చిత్రాలను తీశారు.

గుండ్రటి ఎపర్చరుతో ఫోటో తీసినప్పుడు వస్తువుతో పాటు వెనుక ఉన్న బ్యాక్‌గ్రౌండ్ కూడా స్పష్టంగా (షార్ప్‌గా) కనిపించింది. కానీ నిలువు ఎపర్చరుతో తీసిన ఫోటోలో మాత్రం, బ్యాక్‌గ్రౌండ్ కాకుండా ప్రధాన వస్తువు చాలా స్పష్టంగా కనిపించింది.

అయితే పిల్లి కన్ను కాంతి స్థాయిలకు అనుగుణంగా దానంతటదే ఆటోమెటిక్‌గా మారుతున్నట్లుగా, ప్రస్తుతానికి ఈ ఎపర్చరు సైజు దానంతటదే మారదు. దీనిని చేత్తోనే మార్చుకోవాల్సి వస్తోంది. భవిష్యత్తులో ఈ సవాలును కూడా పరిష్కరించాలని అనుకుంటున్నట్లు సాంగ్ చెప్పారు.

ఇతర జీవుల కళ్లు?

పిల్లి కంటి స్ఫూర్తితో తయారు చేసిన కెమెరాతో పాటు, సాంగ్, ఆయన సహోద్యోగులు.. ఇతర జంతువుల కళ్ల ఆధారంగా పలు కెమెరాలను అభివృద్ధి చేశారు. ప్రకృతి నుంచి స్ఫూర్తి పొంది భవిష్యత్తులో వందలాది డిజైన్లను రూపొందించే అవకాశం ఉందని ఆయన భావిస్తున్నారు.

ఇల్లినాయిస్ అర్బానా-ఛాంపెయిన్ విశ్వవిద్యాలయంలో ఉన్నప్పుడు ఈగ కంటి ఆధారంగా 2013లో తాను రూపొందించిన కెమెరా గురించి ఆయన వివరిస్తూ.. "ఈగలకు ఉబ్బెత్తు కళ్లు ఉంటాయి, అవి ఒకేసారి అన్ని వైపులా చూడగలవు" అని చెప్పారు.

"దానికి విశాలమైన దృష్టి కోణం ఉంటుంది. వస్తువులను చాలా వేగంగా గుర్తించగలదు" అన్నారు. ఇది రోబోటిక్ డ్రోన్లలో ఉపయోగించడానికి చాలా అనువుగా ఉంటుందని సాంగ్ చెప్పారు.

ఆయన ల్యాబ్ అభివృద్ధి చేసిన, గద్ద కంటిని పోలి ఉండే మరో కెమెరా కూడా ఇదే కోవకు చెందుతుంది. ఇది తన దృష్టి కేంద్రంలో ఉన్న వస్తువును చాలా స్పష్టంగా, పెద్దదిగా చిత్రీకరిస్తుంది. అదే సమయంలో చుట్టుపక్కల ఉన్న విశాలమైన ప్రాంతాన్ని తక్కువ రిజల్యూషన్‌తో గ్రహిస్తుంది.

"ఒక నిర్దిష్ట అవసరానికి ఏ జంతువు కన్ను ఉత్తమంగా సరిపోతుందో మీరు ఆలోచించవచ్చు" అని ఆయన అన్నారు.

ప్రస్తుతం ఆయన జంపింగ్ స్పైడర్ గురించి పరిశోధన చేస్తున్నారు. ప్రకృతిలో అత్యంత ప్రత్యేకమైన కంటి వ్యవస్థను కలిగి ఉన్న జీవులలో ఇది ఒకటని ఆయన చెప్పారు.

"వాటికి మొత్తం 8 కళ్లు ఉంటాయి. ముందు, పక్కన, వెనుక వైపు కూడా ఉంటాయి, వాటితో అన్ని వైపులా చూడగలవు. అదే సమయంలో, ముందున్న ఒకే ఒక్క కంటితో అవి లోతును (దూరాన్ని) కచ్చితంగా పసిగట్టగలవు" అని సాంగ్ తెలిపారు.

ఈ సాలీడులు దూరాన్ని అత్యంత కచ్చితత్వంతో అంచనా వేయగలవు. ఎందుకంటే వాటిలో పొరలుగా పేర్చిన రెటీనా ఉంటుంది. దీనివల్ల అవి తమ లక్ష్యాన్ని ఏమాత్రం గురితప్పకుండా అత్యంత కచ్చితత్వంతో దూకగలుగుతాయని ఆయన వివరించారు.

ఇదే సూత్రం ఆధారంగా తయారు చేసిన కెమెరాను, క్షిపణి మార్గదర్శక వ్యవస్థల వంటి అత్యంత కచ్చితమైన దూర కొలతలు అవసరమయ్యే పనులకు అనుగుణంగా వాడుకోవచ్చని సాంగ్ చెప్పారు.

మన ఫోన్‌లలో ఉండే చాలా ఆధునిక కెమెరా సిస్టమ్‌లు ప్రధానంగా మనిషి కంటిని అనుకరిస్తుంటాయి. కానీ, జంతువుల కంటి దృష్టి స్ఫూర్తితో తయారయ్యే కెమెరాలను "రోబోలు, పరిశ్రమలు, డ్రోన్లు లేదా భవిష్యత్తుకు చెందిన ఏదైనా ఇతర రోబోటిక్ వ్యవస్థ" వంటి ప్రత్యేక అవసరాల కోసం ఉపయోగించవచ్చని సాంగ్ తెలిపారు.

(బీబీసీ కోసం కలెక్టివ్ న్యూస్‌రూమ్ ప్రచురణ)

(బీబీసీ తెలుగును వాట్సాప్‌,  ఫేస్‌బుక్, ఇన్‌స్టాగ్రామ్‌, ట్విటర్‌లో ఫాలో అవ్వండి. యూట్యూబ్‌లో సబ్‌స్క్రైబ్ చేయండి.)