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 ese sentido, son como la visión monocular 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 datos en los sensores que los capturan o cerca de ellos) los investigadores de la Facultad de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de la Universidad de Virginia han desarrollado sistemas artificiales.ojos compuestosque superan las molestas limitaciones en la forma en que las máquinas actualmente recopilan y procesan datos visuales del mundo real.Estas limitaciones incluyen problemas de precisión, tiempos de retraso en el procesamiento de datos y la necesidad de una potencia computacional sustancial.

"Después de estudiar cómo funcionan los ojos de la mantis religiosa, nos dimos cuenta de que un sistema biomimético que replica sus capacidades biológicas requería el desarrollo de nuevas tecnologías", dijo Byungjoon Bae, Ph.D.candidato en el Departamento de Ingeniería Eléctrica e Informática Charles L. Brown.

Sobre esos mirones biomiméticos

Los "ojos" meticulosamente diseñados del equipo imitan la naturaleza mediante la integración de microlentes y múltiples fotodiodos, que producen una corriente eléctrica cuando se exponen a la luz.El equipo utilizó materiales semiconductores flexibles para emular las formas convexas y las posiciones facetadas dentro de los ojos de la mantis.

"Hacer el sensor con geometría hemisférica manteniendo su funcionalidad es un logro de última generación, que proporciona un amplio campo de visión y una percepción de profundidad superior", dijo Bae."El sistema ofrece una conciencia espacial precisa en tiempo real, lo cual es esencial para 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 es Kyusang Lee, profesor asociado del departamento con un nombramiento secundario enciencias de los materialese ingeniería, es el primer autor del trabajo del equipo.artículo recienteenRobótica científica.

Entre los hallazgos importantes del equipo sobre el sistema prototipo del laboratorio se encuentra una reducción potencial en el consumo de energía de más de 400 veces en comparación con los sistemas visuales tradicionales.

Beneficios 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 prácticamente el tiempo y los costos de recursos de la transferencia de datos y la computación externa, al mismo tiempo que minimiza el uso de energía.

"El avance tecnológico de este trabajo radica en la integración de materiales semiconductores flexibles, dispositivos conformes que preservan los ángulos exactos dentro del dispositivo, un componente de memoria en el 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 conjuntos de datos más pequeños para su procesamiento.

El enfoque refleja cómo los insectos perciben el mundo a través de señales visuales, diferenciando píxeles entre escenas para comprender el movimiento y los datos espaciales.Por ejemplo, al igual que otros insectos (y también los humanos), la mantis religiosa puede procesar datos visuales rápidamente utilizando el fenómeno de paralaje de movimiento, en el que los objetos más cercanos parecen moverse más rápido que los objetos 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 nosotros, usan estereopsis (ver con ambos ojos para percibir la profundidad), además de sus geometrías oculares compuestas hemisféricas y paralaje de movimiento para comprender su entorno.

"La fusión perfecta de estos materiales y algoritmos avanzados permite una percepción espaciotemporal 3D eficiente, precisa y en tiempo real", dijo Lee, un prolífico investigador que inicia su carrera en semiconductores de película delgada y sensores inteligentes.

"El trabajo de nuestro equipo representa un conocimiento científico significativo que podría inspirar a otros ingenieros y científicos al demostrar una solución biomimética inteligente para desafíos complejos de procesamiento visual", dijo.