Para navegar com eficiência em ambientes do mundo real, os robôs normalmente analisam imagens coletadas por dispositivos de imagem integrados ao corpo. Para melhorar o desempenho dos robôs, os engenheiros têm tentado desenvolver diferentes tipos de câmeras, sensores e sistemas de visão artificial de alto desempenho.
Muitos sistemas de visão artificial desenvolvidos até agora inspiram-se nos olhos de humanos, animais, insetos e peixes. Esses sistemas possuem características e características diferentes, dependendo do ambiente em que são projetados para operar.
A maioria dos sensores e câmeras existentes é projetada para funcionar no solo (ou seja, em ambientes terrestres) ou na água (ou seja, em ambientes aquáticos). Sistemas de visão artificial de inspiração biológica que podem operar em ambientes terrestres e aquáticos, por outro lado, permanecem escassos.
Pesquisadores do Institute for Basic Science (IBS), Seoul National University, Gwangju Institute of Science, Massachusetts Institute of Technology (MIT) and Technology e da Universidade do Texas em Austin criaram recentemente um novo sistema de visão inspirado em caranguejos, que pode funcionar tanto no solo como na água. Este sistema anfíbio, apresentado em um artigo publicado na Nature Electronics, permite que os robôs obtenham uma visão panorâmica de 360° de seus arredores, para que possam detectar obstáculos e navegar pelos ambientes de forma mais eficaz.
“Trabalhos anteriores (incluindo a pesquisa do nosso grupo) em câmeras de amplo campo de visão (FoV) estavam sempre em menos de 180°, o que não é suficiente para a visão panorâmica ‘total’, e não eram adequados para mudar ambientes externos”, Young Min Song, um dos pesquisadores que realizaram o estudo, disse ao Tech Xplore. “Queríamos desenvolver uma câmera FoV 360° que pudesse fazer imagens tanto no ar quanto na água.”
O sistema de visão artificial desenvolvido por essa equipe de pesquisadores se inspira nos olhos dos caranguejos violinistas. Essa espécie única, também conhecida como caranguejo-chamador, pode obter uma visão panorâmica completa do ambiente sem precisar mover os olhos e o corpo. Para reproduzir artificialmente os olhos do caranguejo violinista, Min e seus colegas usaram uma lente de câmera plana.
“Se você usa uma lente convencional com curvatura para imagens, seu ponto focal muda quando você mergulha a lente na água”, explicou Song. “Por outro lado, se você usar uma lente com superfície plana, poderá ver uma imagem nítida independentemente das condições do ambiente. O caranguejo violinista que vive na região entre-marés tem esse tipo de superfície plana de sua lente e acabamos de imitar esse caranguejo -Lente ocular.”
Para criar seu sofisticado sistema de visão, os pesquisadores integraram uma matriz de microlentes planas com um índice de refração graduado e uma matriz de fotodiodos de silício flexíveis em forma de pente em uma estrutura esférica. As microlentes que eles usaram podem manter sua distância focal independentemente das mudanças no índice de refração externo entre o ar e a água.
“Até onde sabemos, é a primeira vez que demonstramos sistemas de visão anfíbia e panorâmica em todo o mundo”, disse Song. ?Nosso sistema de visão pode abrir caminho para câmeras omnidirecionais de 360° com aplicações em realidade virtual ou aumentada ou uma visão para veículos autônomos em qualquer clima?.
Song e seus colegas testaram seu sistema em uma série de simulações ópticas e demonstrações de imagens, considerando as características de ambientes terrestres e aquáticos. Até agora, eles descobriram que ele alcançou resultados altamente promissores, portanto, em breve, poderá ser testado e implementado em vários robôs híbridos e anfíbios diferentes.
“Em nossos próximos estudos, realizaremos mais engenharia para obter maior resolução e desempenho de imagem superior”, acrescentou Song. ?Além disso, ainda estamos interessados em desenvolver um novo tipo de câmera com recursos de imagem exclusivos inspirados em outros olhos de animais?.
Publicado em 08/08/2022 10h37
Artigo original:
Estudo original: