Sistema de rastreamento de movimento 3D para tecnologia autônoma

Um sistema de rastreamento de movimento 3D em tempo real combina detectores de luz transparentes com métodos avançados de rede neural para criar um sistema que poderia um dia substituir o LiDAR e as câmeras em tecnologias autônomas. O sistema de imagem explora as vantagens de fotodetectores de grafeno transparentes, em nanoescala e altamente sensíveis.

Os fotodetectores de grafeno foram ajustados para absorver apenas cerca de 10% da luz a que são expostos, tornando-os quase transparentes. Como o grafeno é tão sensível à luz, isso é suficiente para gerar imagens que podem ser reconstruídas por meio de imagens computacionais. Os fotodetectores são empilhados um atrás do outro, resultando em um sistema compacto, e cada camada foca em um plano focal diferente, o que permite imagens 3D.

A equipe também abordou o rastreamento de movimento em tempo real, que é fundamental para uma ampla gama de aplicativos robóticos autônomos. Para fazer isso, eles precisavam de uma maneira de determinar a posição e a orientação de um objeto que estava sendo rastreado. As abordagens típicas envolvem sistemas LiDAR e câmeras de campo de luz, ambos com limitações significativas. Outros usam metamateriais ou múltiplas câmeras. O hardware sozinho não foi suficiente para produzir os resultados desejados.

A equipe construiu uma configuração óptica e permitiu que uma rede neural decifrasse as informações posicionais. A rede neural é treinada para buscar objetos específicos em toda a cena e então focar apenas no objeto de interesse; por exemplo, um pedestre no trânsito ou um objeto entrando em sua faixa em uma rodovia. A tecnologia funciona particularmente bem para sistemas estáveis, como fabricação automatizada ou projeção de estruturas do corpo humano em 3D para a comunidade médica.

O tipo de algoritmo que a equipe desenvolveu é diferente dos algoritmos tradicionais de processamento de sinal usados ​​para tecnologias de imagem de longa data, como raios-X e ressonância magnética. A equipe demonstrou sucesso ao rastrear um feixe de luz, bem como uma joaninha real com uma pilha de duas matrizes de fotodetectores de grafeno de 4 × 4 (16 pixels). Eles também provaram que sua técnica é escalável. Levaria apenas 4.000 pixels para algumas aplicações práticas e matrizes de 400 × 600 pixels para muito mais.

Embora a tecnologia possa ser usada com outros materiais, as vantagens adicionais do grafeno são que ele não requer iluminação artificial e é ecologicamente correto.