Los coches autónomos a veces chocan porque sus sistemas visuales no siempre pueden procesar objetos estacionarios o que se mueven lentamente en el espacio 3D. En este sentido, se parecen a la visión única 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 la mantis religiosa.
El campo de visión de una mantis religiosa también se superpone entre sus ojos izquierdo y derecho, creando una visión binocular con percepción de profundidad en el espacio 3D.
Combinando esta información con una ingeniosa ingeniería optoeléctrica y una innovadora informática “de vanguardia” (procesando los datos en o cerca de los sensores que los capturan), investigadores de la Facultad de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de la Universidad de Virginia han creado ojos artificiales compuestos que superan los molestos ojos. limitaciones al hacer 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 la mantis religiosa, nos dimos cuenta de que se necesitaba un sistema biomimético para desarrollar nuevas tecnologías que replicaran sus capacidades biológicas”, dijo Byngjun Bei, Ph.D. carlos l. Brown es candidato en el Departamento de Ingeniería Eléctrica e Informática.
Sobre esos pimientos biomiméticos
El “ojo” cuidadosamente diseñado del equipo imita la naturaleza combinando microlentes y múltiples fotodiodos, que generan corrientes eléctricas cuando se exponen a la luz. El equipo utilizó materiales semiconductores flexibles para imitar la forma convexa y la posición de las facetas del ojo de la mantis.
“Es un logro de vanguardia mantener el rendimiento mientras se construye el sensor en una geometría hemisférica, que proporciona un campo de visión más amplio y una percepción de profundidad superior”, dijo Bae.
“El sistema proporciona una conciencia espacial precisa en tiempo real, lo cual es esencial para las aplicaciones que interactúan con entornos dinámicos”.
Dichos usos incluyen vehículos y drones de baja potencia, vehículos autónomos, ensamblaje de robótica, sistemas de vigilancia y seguridad y dispositivos domésticos inteligentes.
Bae, cuyo asesor Kyusang Lee, profesor asociado del departamento con un nombramiento secundario en el Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales, es el primer autor del artículo reciente del equipo. Robótica científica.
Entre los hallazgos clave del equipo en 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 tradicionales.
Ventajas de la computación de borde
En lugar de utilizar la computación en la nube, el sistema de Li puede procesar información visual en tiempo real, eliminando virtualmente la transferencia de datos y el tiempo de cálculo externo y los costos de recursos, reduciendo el consumo de energía.
“Los avances tecnológicos en este trabajo radican en la integración de materiales semiconductores flexibles, dispositivos conformes que almacenan ángulos precisos dentro del dispositivo, un elemento de memoria en el sensor y algoritmos de posprocesamiento únicos”, dijo Bay.
La clave es que el conjunto de sensores monitorea continuamente los cambios en la escena, detecta qué píxeles han cambiado y codifica esta información en pequeños conjuntos de datos para su procesamiento.
El método refleja cómo los insectos perciben el mundo a través de señales visuales, distinguiendo píxeles dentro de la escena para comprender el movimiento y los datos espaciales. Por ejemplo, al igual que otros insectos (y también los humanos), las mantis religiosas pueden procesar datos visuales rápidamente utilizando el fenómeno de paralaje de movimiento, en el que los objetos cercanos parecen moverse 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 las mantis religiosas son especiales porque, como nosotros, utilizan la estereopsis (ver con ambos ojos para percibir la profundidad) para percibir su entorno además de la geometría y el paralaje de movimiento de sus ojos compuestos hemisféricos.
“La fusión perfecta de estos materiales y algoritmos avanzados permite una detección espaciotemporal 3D eficiente, precisa y en tiempo real”, dijo Li, un investigador que inicia su carrera en semiconductores de película delgada y sensores inteligentes.
“El trabajo de nuestro equipo representa un conocimiento científico significativo que puede 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.