Los coches autónomos ocasionalmente chocan porque sus sistemas visuales no siempre pueden procesar objetos estáticos o que se mueven lentamente en el espacio 3D. En este sentido, son similares a la visión unilateral de muchos insectos, cuyos ojos compuestos proporcionan un excelente seguimiento del movimiento y un amplio campo de visión, pero poca percepción de la profundidad.
Excepto el suplicante.
El campo de visión de la mantis religiosa también se superpone entre sus ojos izquierdo y derecho, creando una visión binocular con percepción de profundidad en el espacio 3D.
Al combinar esta información con algo de ingeniosa ingeniería optoeléctrica y computación avanzada (procesando los datos en o cerca de los sensores que los capturan), los investigadores de la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de la Universidad de Virginia crearon un compuesto sintético. que eliminan límites molestos. La forma en que las máquinas recopilan y procesan actualmente datos visuales del mundo real. Estas limitaciones incluyen problemas de precisión, retrasos en el procesamiento de datos y la necesidad de una potencia computacional considerable.
“Después de estudiar cómo funcionan los ojos de las mantis, nos dimos cuenta de que un sistema biomimético que imita sus capacidades biológicas requería el desarrollo de nuevas tecnologías”, dijo Byung Joon Bi, Ph.D. candidato en el Departamento de Ingeniería Eléctrica e Informática Charles L. Brown.
Sobre estos artículos biomiméticos
Los “ojos” cuidadosamente diseñados del equipo imitan la naturaleza combinando microlentes y múltiples fotodiodos, que generan una corriente eléctrica cuando se exponen a la luz. El equipo utilizó materiales semiconductores flexibles para imitar las formas convexas y las posiciones de las facetas dentro de los ojos de la mantis.
“Hacer un sensor con una geometría hemisférica manteniendo su funcionalidad es un logro de última generación, que proporciona un amplio campo de visión y una percepción de alta profundidad”, dijo Bae.
“El sistema proporciona una conciencia espacial precisa en tiempo real, lo cual es esencial para las aplicaciones que interactúan con entornos dinámicos”.
Dichas aplicaciones incluyen vehículos y drones de baja potencia, vehículos autónomos, ensamblaje de robótica, sistemas de vigilancia y seguridad y dispositivos domésticos inteligentes.
Bae, cuyo asesor es Kyusang Lee, profesor asociado del departamento con un nombramiento secundario en ciencia e ingeniería de materiales, es el primer autor del artículo reciente del equipo. Robótica científica.
Entre los hallazgos clave del equipo sobre el sistema prototipo del laboratorio se encontraba una reducción potencial en el consumo de energía de más de 400 veces en comparación con los sistemas visuales convencionales.
Ventajas de la informática en el borde
En lugar de utilizar la computación en la nube, el sistema de Lee puede procesar información visual en tiempo real, eliminando virtualmente la transferencia de datos y los costos de tiempo y recursos de computación externa, al tiempo que se puede reducir el consumo de energía.
“Los avances tecnológicos en este trabajo se encuentran en materiales semiconductores flexibles, dispositivos conformes que preservan ángulos precisos dentro del dispositivo, un componente de memoria del sensor y algoritmos de posprocesamiento únicos”, dijo Bae.
La clave es que el conjunto de sensores monitorea continuamente los cambios en la escena, identificando qué píxeles han cambiado y codificando esta información en pequeños conjuntos de datos para su procesamiento.
El enfoque refleja cómo los insectos ven el mundo a través de señales visuales, distinguiendo píxeles entre escenas para comprender el movimiento y los datos espaciales. Por ejemplo, al igual que otros insectos, y también los humanos, las mantis religiosas pueden procesar rápidamente datos visuales utilizando el fenómeno del paralaje de movimiento, en el que los objetos cercanos se mueven más rápido que los distantes. Sólo se necesita un ojo para lograr el efecto, pero el paralaje del movimiento por sí solo no es suficiente para una percepción precisa de la profundidad.
Los ojos de la mantis religiosa son especiales porque, como los nuestros, utilizan la estereopsis (ver con ambos ojos para percibir la profundidad) además de sus geometrías oculares compuestas hemisféricas y el paralaje de movimiento con su entorno.
“La fusión perfecta de estos materiales y algoritmos avanzados permite una detección espaciotemporal 3D eficiente, precisa y en tiempo real”, dijo Lee, un investigador que inicia su carrera en semiconductores de película delgada y sensores inteligentes.
“El trabajo de nuestro equipo representa un conocimiento científico importante que podría inspirar a otros ingenieros y científicos al demostrar una solución biomimética inteligente para desafíos complejos de procesamiento visual”, dijo.
Este trabajo fue apoyado por la Fundación Nacional de Ciencias y la Oficina de Investigación Científica de la Fuerza Aérea de EE. UU.
