Cmera inspirada no ouvido faz olhos melhores para viso de mquina

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Eletrnica

Redação do Site Inovação Tecnológica – 05/08/2022

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Esquemas de (esquerda) um sensor convencional que pode detectar apenas a intensidade da luz e (direita) um sensor multimodal nanoestruturado, que pode detectar vrias qualidades de luz atravs das interaes luz-matria.
[Imagem: Yurui Qu/Soongyu Yi]

Viso de mquina

Os sensores de imagem que equipam as cmeras atuais medem a intensidade da luz por meio de um sensor conhecido como CCD (Charge-Coupled Device).

Isso bom o suficiente para as cmeras de celular e mesmo para as filmadoras profissionais, mas as cmeras usadas na viso de mquina, para inspecionar processos industriais em alta velocidade, so um pouco mais exigentes.

Nesses casos, preciso captar tambm o ngulo, o espectro preciso, a polarizao e outros aspectos da luz – esse processo chamado de imagem multimodal.

E acaba de ficar comprovado que componentes nanoestruturados, integrados nos chips de sensores de imagem, podem ser a resposta para capturar imagens multimodais de forma eficiente, miniaturizada e a custo mais baixo.

Se a tecnologia puder ser levada para escala industrial, isto poder permitir que veculos autnomos enxerguem em ngulos amplos, em vez de apenas uma linha reta, fazer imagens biomdicas para detectar anormalidades em diferentes profundidades dos tecidos e at construir telescpios para ver atravs da poeira interestelar.

“Os sensores de imagem passaro gradualmente por uma transio para se tornarem os olhos artificiais ideais das mquinas,” prev o professor Yurui Qu, da Universidade de Wisconsin-Madison, nos EUA. “Uma evoluo que alavanca a notvel conquista dos sensores de imagem existentes provavelmente gerar impactos mais imediatos.”

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A inovao promete revolucionar a viso de mquina, ou viso robtica.
[Imagem: Yurui Qu et al. – 10.1063/5.0090138]

Ouvido inspira olho robtico

Curiosamente, mesmo se tratando de um equipamento que se compara viso, o trabalho foi inspirado nos ouvidos de alguns animais, que possuem sensores auditivos direcionais.

As lagartixas, por exemplo, tm cabeas pequenas demais para determinar de onde vem o som, da mesma forma que humanos e outros animais de crnios maiores. Em vez disso, elas contam com tmpanos acoplados para medir a direo do som, e fazem isso em uma cavidade de um tamanho que ordens de magnitude menor do que o comprimento da onda de som correspondente.

Para imitar isso, a equipe usou pares de nanofios de silcio, que foram construdos como ressonadores capazes de suportar a ressonncia ptica – a energia ptica armazenada em dois ressonadores sensvel ao ngulo de incidncia da luz. O fio mais prximo da luz envia uma corrente mais forte que o fio mais distante; basta ento comparar as correntes para determinar o ngulo das ondas de luz recebidas.

Sensor de imagem multimodal

Milhes de nanofios podem ser colocados em um chip de 1 milmetro quadrado, o que permitiu colocar esses dispositivos, tecnicamente chamados filtros de cristal fotnico, diretamente em cima dos pxeis do CCD, criando interaes complexas entre a luz incidente e o sensor de imagem – tudo na mesma tecnologia de silcio.

Os pxeis abaixo dos filtros registram a distribuio da energia luminosa, a partir da qual a informao espectral da luz pode ser inferida. E o dispositivo milimtrico ainda pode ser programado para atender a vrias faixas dinmicas, nveis de resoluo e quase qualquer regime espectral, do visvel ao infravermelho.

A equipe espera que seu prottipo migre rapidamente do laboratrio para aplicaes em cmeras sem lentes, realidade aumentada e viso robtica.

Bibliografia:

Artigo: Multimodal light-sensing pixel arrays
Autores: Yurui Qu, Soongyu Yi, Lan Yang, Zongfu Yu
Revista: Applied Physics Letters
Vol.: 121, 040501
DOI: 10.1063/5.0090138

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